Quantenoptik für Elektrotechniker: Online-Quizze und Übungen

Question 1

Welche Aussage beschreibt die spontane Emission von Photonen korrekt?

Accepted Answer

Es handelt sich um einen zufälligen quantenmechanischen Prozess.

Answer

Sie wird ausschließlich durch die Anregung des Atoms durch ein externes Feld ausgelöst.

Answer

Sie führt immer zur Emission eines einzelnen Photons.

Question 2

Welches ist das charakteristische Merkmal der Lichtemission durch stimulierte Emission in einem Laser?

Accepted Answer

Die emittierten Photonen haben die gleiche Phase.

Answer

Die Lichtintensität nimmt mit zunehmender Stimulierung ab.

Answer

Das Licht hat ein breites Spektrum.

Answer

Die Emission erfolgt durch freie Elektronen.

Question 3

Welches Phänomen beschreibt die Emission elektromagnetischer Strahlung durch thermische Anregung?

Accepted Answer

Schwarzkörperstrahlung

Answer

Atomemission

Answer

Molekülschwingung

Answer

Teilchenstreuung

Question 4

Welcher Effekt beschreibt die Freisetzung von Elektronen aus einer Oberfläche durch einfallendes Licht?

Accepted Answer

Photoeffekt

Answer

Atomresonanz

Answer

Teilchenstreuung

Answer

Brechung

Question 5

Welche Aussage über den Photoeffekt ist korrekt?

Accepted Answer

Die maximale kinetische Energie der Elektronen ist proportional zur Lichtintensität.

Answer

Die maximale kinetische Energie der Elektronen ist proportional zur Wellenlänge des Lichts.

Answer

Die Elektronenzahl ist proportional zur Lichtintensität.

Answer

Die Elektronenzahl ist proportional zur Wellenlänge des Lichts.

Question 6

Welcher Mechanismus ist für die Verstärkung in Lasern verantwortlich?

Accepted Answer

Stimulierte Emission

Answer

Spontane Emission

Answer

Elektronenabsorption

Answer

Teilchenstreuung

Question 7

Welche Eigenschaften sind charakteristisch für Laserlicht?

Accepted Answer

Kohärenz, Kollimation, Intensität

Answer

Interferenz, Beugung, Polarisation

Answer

Absorption, Reflexion, Transmission

Answer

Dispersion, Brechung, Streuung

Question 8

Welche Anwendung nutzt den Photoeffekt?

Accepted Answer

Photovoltaik-Zellen

Answer

Leuchtdioden

Answer

Laserpointer

Answer

Mikrowellenherde

Question 9

Welche Aussage über Quantenoptik ist nicht korrekt?

Accepted Answer

Sie basiert auf Prinzipien der klassischen Physik.

Answer

Sie beschäftigt sich mit Licht-Materie-Wechselwirkungen auf Quantenebene.

Answer

Sie hat Anwendungen in Bereichen wie Laser und Bildgebung.

Answer

Sie erklärt Phänomene wie Schwarzkörperstrahlung und Photoeffekt.

Question 10

Welche Ursache führt bei Lasern zur Emission kohärenten Lichts?

Accepted Answer

Stimulierte Emission

Answer

Spontane Emission

Answer

Interferenz

Answer

Beugung

Question 11

Welche Aussage zur Unbestimmtheitsrelation von Heisenberg ist korrekt?

Accepted Answer

Sie besagt, dass Ort und Impuls eines Teilchens nicht gleichzeitig exakt bestimmt werden können.

Answer

Sie besagt, dass Energie und Zeit eines Teilchens nicht gleichzeitig exakt bestimmt werden können.

Answer

Sie besagt, dass Drehimpuls und Spin eines Teilchens nicht gleichzeitig exakt bestimmt werden können.

Answer

Sie gilt nur für Teilchen mit Energien nahe der Ruheenergie.

Question 12

Welche quantenoptische Technik wird präzise zur Entfernungsmessung eingesetzt?

Accepted Answer

Interferometrie

Answer

Spektroskopie

Answer

Mikroskopie

Answer

Beugung

Question 13

Welche Aussage zu Quantenzuständen eines Systems ist richtig?

Accepted Answer

Ein System kann sich in einer Überlagerung mehrerer Quantenzustände befinden.

Answer

Ein System kann sich in jedem Quantenzustand befinden.

Answer

Ein System kann sich nur in einem einzigen Quantenzustand befinden.

Answer

Ein System kann sich nur in einem Zustand mit bestimmter Energie und bestimmtem Drehimpuls befinden.

Question 14

Welche der folgenden Aussagen zur Schwarzkörperstrahlung ist korrekt?

Accepted Answer

Das emittierte Spektrum hängt von der Temperatur des Körpers ab.

Answer

Die Intensität der Strahlung ist bei allen Wellenlängen gleich.

Answer

Die emittierte Strahlung ist monochromatisch.

Answer

Die Strahlung wird nur bei sehr niedrigen Temperaturen emittiert.

Question 15

Welches der folgenden Materialien eignet sich am besten als aktives Medium für einen Laser?

Accepted Answer

Rubin

Answer

Glas

Answer

Wasser

Answer

Luft

Question 16

Welche der folgenden Aussagen zur spontanen Emission ist korrekt?

Accepted Answer

Sie ist ein zufälliger Prozess.

Answer

Sie tritt nur in bestimmten Materialien auf.

Answer

Sie ist kohärent.

Answer

Sie findet immer bei Anregung eines Elektrons auf ein höheres Energieniveau statt.

Question 17

Welche der folgenden Aussagen zur Wechselwirkung von Licht und Materie ist falsch?

Accepted Answer

Licht ist immer eine Teilchen.

Answer

Licht kann Elektronen aus Materialien emittieren.

Answer

Licht kann die Energie von Atomen und Molekülen verändern.

Answer

Licht kann sowohl als Welle als auch als Teilchen betrachtet werden.

Question 18

Welche Einheit wird verwendet, um die Intensität elektromagnetischer Strahlung zu messen?

Accepted Answer

Watt pro Quadratmeter

Answer

Volt

Answer

Ampere

Answer

Ohm

Question 19

Nennen Sie die Formel für Einsteins Photoelektrisches Gesetz.

Accepted Answer

Kinetische Energie der Elektronen = h * f - Φ

Answer

Energie des einfallenden Lichts = h * f + Φ

Answer

Wellenlänge des einfallenden Lichts = h * c / K

Answer

Stromstärke = h * f / Φ

Question 20

Was versteht man unter dem Photoeffekt?

Accepted Answer

Elektronenemission aus einem Material unter Lichteinfluss

Answer

Lichtabsorption durch ein Material mit resultierender Temperaturerhöhung

Answer

Lichtreflexion an einer Oberfläche

Question 21

Was bezeichnet man als Pumpleistung eines Lasers?

Accepted Answer

Die Leistung, die zur Anregung des Lasermediums benötigt wird

Answer

Die Leistung, die vom Laser emittiert wird

Answer

Die Leistung, die zur Kühlung des Lasers erforderlich ist

Question 22

Welche Aussage beschreibt die kohärente Eigenschaft von Laserlicht?

Accepted Answer

Die Lichtwellen besitzen die gleiche Phase

Answer

Die Lichtwellen haben die gleiche Wellenlänge

Answer

Die Lichtwellen haben die gleiche Intensität

Question 23

In welcher Anwendung wird der Photoeffekt genutzt?

Accepted Answer

Solarzellen

Answer

Leuchtdioden

Answer

Transistoren

Question 24

Was ist der Unterschied zwischen spontaner und stimulierter Emission?

Accepted Answer

Spontane Emission erfolgt zufällig, stimulierte Emission wird durch ein einfallendes Photon ausgelöst

Answer

Stimulierte Emission erfolgt zufällig, spontane Emission wird durch ein einfallendes Photon ausgelöst

Answer

Spontane Emission ist stärker als stimulierte Emission

Question 25

Welche Größe repräsentiert eine Einheit der Energiedichte?

Accepted Answer

Joule pro Kubikmeter

Answer

Watt pro Quadratmeter

Answer

Candela pro Quadratmeter

Question 26

Was ist die de Broglie-Wellenlänge?

Accepted Answer

Die Wellenlänge, die einem sich bewegenden Teilchen zugeordnet wird

Answer

Die Wellenlänge, die einem Photon zugeordnet wird

Answer

Die Wellenlänge, die einem Elektron zugeordnet wird

Question 27

Welche Eigenschaft ist charakteristisch für einen Hohlraumresonator?

Accepted Answer

Verstärkung elektromagnetischer Wellen bestimmter Frequenzen

Answer

Dämpfung elektromagnetischer Wellen aller Frequenzen

Answer

Reflexion elektromagnetischer Wellen aller Frequenzen

Question 28

Nennen Sie die drei fundamentalen Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie in der Quantenoptik.

Accepted Answer

Absorption, Emission, Streuung

Answer

Beugung, Interferenz, Reflexion

Answer

Photoelektrischer Effekt, Compton-Effekt, Paarbildung

Answer

Brechung, Polarisation, Dispersion

Question 29

Wie schränkt die Heisenbergsche Unschärferelation die gleichzeitige Messung von Energie und Impuls von Photonen ein?

Accepted Answer

Sie begrenzt die Genauigkeit einer Messung, wenn die andere bereits präzise gemessen wurde.

Answer

Sie ermöglicht eine präzise Messung beider Größen gleichzeitig.

Answer

Sie besagt, dass Energie und Impuls nicht gleichzeitig existieren können.

Answer

Sie gilt nicht für Photonen, da sie keine Teilchen sind.

Question 30

Welche Aussage zur Schwarzkörperstrahlung ist korrekt?

Accepted Answer

Ihre spektrale Leistungsdichte ist proportional zur vierten Potenz der Temperatur.

Answer

Ihre Wellenlänge ist unabhängig von der Temperatur.

Answer

Sie wird nur von Körpern mit einer vollkommen glatten Oberfläche emittiert.

Question 31

Was ist der Photoeffekt?

Accepted Answer

Emission von Elektronen aus einer Oberfläche durch Absorption von Lichtquanten.

Answer

Streuung von Licht an einer Oberfläche

Answer

Absorption eines Photons durch ein Atom

Question 32

Welche Bedingung ist für die Laserwirkung notwendig?

Accepted Answer

Populationeninversion zwischen zwei Energieniveaus

Answer

Starkes Magnetfeld

Answer

Niedriger Druck

Answer

Hohe Temperatur

Question 33

Wie lassen sich Laserpulse erzeugen?

Accepted Answer

Modulation der Pumpintensität

Answer

Reflexion des Laserstrahls an einem Spiegel

Answer

Streuung des Laserstrahls an einem Medium

Answer

Brechung des Laserstrahls an einem Prisma

Question 34

Welche Aussage über Laserlicht ist falsch?

Accepted Answer

Laserlicht ist polychromatisch.

Answer

Laserlicht ist kohärent.

Answer

Laserlicht ist gerichtet.

Answer

Laserlicht ist nahezu monochromatisch.

Question 35

Welche Anwendung haben Laser in der Telekommunikation?

Accepted Answer

Datenübertragung über Glasfasern

Answer

Schweißen

Answer

Erzeugung von Radarsignalen

Answer

Mikroskopie

Question 36

Was besagt die Heisenberg'sche Unschärferelation?

Accepted Answer

Es gibt eine untere Grenze für das Produkt aus der Unsicherheit der Orts- und Impulsmessung eines Teilchens.

Answer

Die Energie eines Teilchens kann beliebig genau bestimmt werden.

Answer

Die Geschwindigkeit eines Teilchens kann beliebig genau gemessen werden.

Question 37

Welche Aussage zur Quantenverschränkung ist richtig?

Accepted Answer

Verschränkte Teilchen können auch über große Entfernungen miteinander korreliert sein.

Answer

Verschränkte Teilchen haben immer die gleiche Energie.

Question 38

Welche Anwendung haben Quantentechnologien im Bereich der Kryptographie?

Accepted Answer

Implementierung von quantenkryptographischen Protokollen

Answer

Diagnose von Krankheiten

Answer

Erzeugung von hochenergetischen Strahlen

Question 39

Der Photoeffekt beschreibt:

Accepted Answer

die Emission von Elektronen aus einem Material, wenn Licht mit geeigneter Wellenlänge auf das Material trifft

Answer

die Absorption von Licht durch ein Material, was zu einer Erwärmung des Materials führt

Question 40

Welche beiden Bedingungen sind für die Funktion eines Lasers erforderlich?

Accepted Answer

Populationeninversion und Rückkopplung

Answer

Kohärenz und Monochromasie

Answer

Lange Kohärenzlänge und kurze Pulsbreite

Question 41

Mit welcher Einheit wird die Intensität eines Laserstrahls gemessen?

Accepted Answer

Watt pro Quadratmeter

Answer

Watt

Answer

Candela

Question 42

Welche Eigenschaft charakterisiert einen kohärenten Lichtstrahl?

Accepted Answer

Eine konstante Phasenbeziehung zwischen den Wellen

Answer

Gerichteter Strahl

Answer

Monochromasie

Question 43

Welches Material wird häufig als aktives Medium in Laserdioden verwendet?

Accepted Answer

Galliumarsenid

Answer

Titansaphir

Answer

Nd:YAG

Question 44

Was ist die Funktion eines Photomultipliers?

Accepted Answer

Verstärkung schwacher Lichtsignale durch Elektronenvervielfachung

Answer

Erzeugung von Lichtsignalen aus elektrischen Signalen

Question 45

Nennen Sie eine Anwendung der Quantenoptik in der Telekommunikation:

Accepted Answer

Glasfaserkabel oder optische Verstärker

Answer

Mikroskopie und Spektroskopie

Answer

Laserchirurgie und Bildgebung

Question 46

Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Eigenschaften der Schwarzkörperstrahlung am besten?

Accepted Answer

Sie ist ein kontinuierliches Spektrum, dessen Intensitätsmaximum sich mit der Temperatur verschiebt.

Answer

Sie ist ein linienförmiges Spektrum mit festen Wellenlängen.

Answer

Sie wird nur von vollkommen schwarzen Körpern emittiert.

Question 47

Welcher physikalische Effekt beschreibt die Emission von Elektronen aus einem Material, wenn es Licht ausgesetzt wird?

Accepted Answer

Photoeffekt

Answer

Comptoneffekt

Answer

Spontane Emission

Answer

Thermische Emission

Question 48

Welcher der folgenden Übergänge ist für Laser typisch?

Accepted Answer

stimuliert

Answer

spontan

Answer

absorbiert

Answer

induziert

Question 49

Welche Größe ist proportional zur Intensität des Laserlichts?

Accepted Answer

Pumpenleistung

Answer

Spiegelfläche

Answer

Brechungsindex

Answer

Wellenlänge

Question 50

Welcher Wellenlängenbereich wird typischerweise in optischen Kommunikationssystemen verwendet?

Accepted Answer

1310-1550 nm

Answer

633-850 nm

Answer

200-400 nm

Answer

900-1100 nm

Question 51

Welche Formel beschreibt die Planck'sche Strahlungsformel, die die spektrale Energiedichte der Schwarzkörperstrahlung beschreibt?

Accepted Answer

I(ν, T) = (2hν^3/c^2) / (exp(hν/kT) - 1)

Answer

I(ν, T) = (2hc^2/ν^3) / (exp(hν/kT) - 1)

Answer

I(ν, T) = (hν^2/c) / (exp(hν/kT) - 1)

Question 52

Welche Gleichung beschreibt den Schwellenwert der Wellenlänge (λ_0) für den Photoeffekt, also die minimale Wellenlänge, die ein Photon haben muss, um ein Elektron aus einem Metall zu lösen?

Accepted Answer

λ_0 = hc / Φ

Answer

λ_0 = hv / Φ

Answer

λ_0 = Φ / hv

Answer

λ_0 = Φ / hc

Question 53

Welche drei Eigenschaften zeichnen Laserlicht aus?

Accepted Answer

Kohärenz, Monochromasie, Direktionalität

Answer

Inkoärenz, Monochromasie, Diffusität

Answer

Inkoärenz, Polychromasie, Diffusität

Answer

Kohärenz, Polychromasie, Direktionalität

Question 54

Was beschreiben die Einstein-Koeffizienten A und B in der Quantenoptik?

Accepted Answer

Die Übergangsraten zwischen atomaren Energieniveaus durch spontane und induzierte Emission bzw. Absorption von Photonen

Answer

Die Energiezustände von Atomen

Answer

Die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie

Question 55

Welche der folgenden Anwendungen beruht auf den Prinzipien der Quantenoptik?

Accepted Answer

Laserpointer

Answer

Glühbirne

Answer

Staubsauger

Answer

Mikrowellenherd

Question 56

Was ist die Grundidee hinter der optischen Pumpe in einem Laser?

Accepted Answer

Anregung von Atomen in einen angeregten Zustand unter Verwendung von Licht, um eine Populationinversion zu erzeugen

Answer

Ionisierung von Atomen unter Verwendung von Lasern

Answer

Kühlung von Atomen unter Verwendung von Laserkühlung

Question 57

Welche Art von Laser emittiert kontinuierlich Licht, im Gegensatz zu gepulsten Lasern?

Accepted Answer

HeNe-Laser

Answer

Nd:YAG-Laser

Answer

Excimerlaser

Answer

Rubinlaser

Question 58

Welches Material wird häufig als aktives Medium in Faserlasern verwendet, um die Laserstrahlung zu verstärken?

Accepted Answer

Dotiertes Glas oder Kunststoff

Answer

Flüssigkeit

Answer

Gas

Answer

Kristall

Question 59

Was beschreibt das grundlegende Prinzip der nichtlinearen Optik?

Accepted Answer

Die Wechselwirkung von Licht mit Materie führt zu Änderungen in den optischen Eigenschaften der Materie, wie z.B. Brechungsindex oder Absorption.

Answer

Die Wechselwirkung von Licht mit Materie führt zu neuen Wellenlängen.

Question 60

Welches Phänomen beschreibt die spontane Emission von Licht durch Atome, wenn sie in einen niedrigeren Energiezustand zurückkehren?

Accepted Answer

Fluoreszenz

Answer

Phosphoreszenz

Answer

Raman-Streuung

Answer

Brillouin-Streuung