14674

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЛАЗЕРА

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЛАЗЕРА Явления возникающие при взаимодействии электромагнитных волн с веществом: поглощение атомы переходят из энергетического состояния E0 в состояние с энергией спонтанное излучение переход ат...

Русский

2013-06-09

166 KB

4 чел.

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЛАЗЕРА

Явления, возникающие при взаимодействии электромагнитных волн с веществом: 1) поглощение (атомы переходят из энергетического состояния E0 в состояние с энергией E1, где E0< E1);

2) спонтанное излучение (переход атомов из состояния E1 в состояние E0 с выделением фотона на частоте =(E1E0)/ħ, фаза и направление излучаемой электромагнитной волны случайны);

3) вынужденное излучение (переход атомов E1  E0 под воздействием внешнего электромагнитного излучения с частотой =(E1E0)/ħ; частота, фаза и направление излучаемой электромагнитной волны те же, что и у волны, вызвавшей данный переход);

4) безызлучательный переход (разность энергий E1E0 переходит в кинетическую энергию атомов и выделяется в виде тепла).

Изменение плотности потока фотонов dF, обусловленное процессами вынужденного излучения и процессами поглощения в слое длиной dz, определяется уравнением:

,     (1)

где N0 и N1 – концентрации атомов, находящихся в энергетических состояниях, соответствующих уровням E0 и E1 (т.е. заселенности уровней); – сечение перехода между уровнями 1 и 2. При термодинамическом равновесии N0 >> N1, значит, при воздействии электромагнитной волны с частотой =(E1E0)/ħ будет наблюдаться поглощение. Излучение возможно в результате создания инверсной заселенности: N1 > N0.

Рассмотрим наиболее простой путь создания инверсной заселенности, реализуемый  в 3-х уровневых атомных системах.

Пусть воздействие внешнего излучения приводит к переходу на уровень 2, минуя уровень 1. К моменту прихода системы в состояние равновесия концентрации N0 и N2 выравниваются, а наибольшей будет концентрация атомов с электронами на 1 уровне N1.

                         

Накачка требуется с частотой:

.      (2)

Переход с уровня 2 на уровень 1, как правило, является безызлучательным. Излучение фотонов будет происходить при переходе с уровня 1 на уровень 0 с частотой:

.      (3)

Конечно, частота накачки должна быть больше, чем частота излучения лазера (т.е. длина волны накачки меньше, чем длина волны излучения лазера) – из-за потери энергии на безызлучательный переход.

Для генерации лазерного излучения необходима положительная обратная связь, которая реализуется с помощью резонатора. Как только достигнута критическая инверсная заселенность, генерация разовьется из спонтанного излучения.

Принципиальная схема лазерного резонатора (интерферометр Фабри-Перо):

Таким образом, плотность потока энергии, проходящего через активную среду, меняется по закону:

, или,    (4)

где f = – ½ ln(12) – порог лазерной генерации,

1 и 2 – коэффициенты отражения поверхностей лазерного резонатора,

– коэффициент усиления активной среды.

Таким образом, условие стационарной лазерной генерации: .     (5)

При этом коэффициент усиления (или ослабления, в зависимости от знака ) лазерной среды зависит от концентраций следующим образом:

,          (6)

где – скорость света в данной среде, = c/n.

Здесь, а также в (1) и (2) w  – частота генерируемого (или усиливаемого) фотона, В – коэффициент Эйнштейна, приблизительно равный обратной величине времени жизни электрона на нестабильном уровне.

Чтобы лазер эффективно генерировал электромагнитную волну на частоте wlaser, в резонаторе должно установиться целое число полуволн с частотой wlaser. В этом случае проходящие через полупрозрачную поверхность волны с частотой wlaser будут интерферировать синфазно, т.е. будет происходить их усиление. Следовательно, лазерный ИФП должен быть настроен на частоту

,     (7)

где K – целое число, определяющее количество полуволн в лазерном резонаторе.

Постоянная Дирака: Дж∙с.

ЗАДАНИЕ НА ЛАБОРАТОРНУЮ РАБОТУ:

Варианты: 1) laser = 850 нм; 2) laser = 980 нм; 3) laser = 1310 нм; 4) laser = 1550 нм.

  1.  Определить длину волны накачки лазера pump для излучения на длине волны laser, если энергия безызлучательного перехода составляет (E2E1)=1 эВ. Показатель преломления активной среды 1,5.
  2.  Определить длину лазерного резонатора (в окрестности величины 100 мкм), при которой будет существовать устойчивая лазерная генерация на заданной длине волны laser.
  3.  Вычислить пороговую инверсную заселенность (N1N0) для лазерного резонатора, состоящего из двух плоскопараллельных зеркал с коэффициентами отражения 1=1 и 2=0,7. Длину резонатора взять из задания 2, сечение перехода = 3,510-19 см2.

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ:

1. Титульный лист в соответствии с установленной формой с фамилиями студентов.

2. Решение задач.

3. Выводы по работе.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38664. Эколого-фаунистическая характеристика пресноводных моллюсков разнотипных водоемов Волгоградской области 8.81 MB
  Малакологические данные используются также в целях стратиграфии – раковины моллюсков относительно неплохо сохраняются в отложениях и во многих случаях являются руководящими ископаемыми. Все эти обстоятельства обусловливают большой интерес к пресноводным моллюскам специалистов разных областей знания.
38665. Комплекс автоматизированных задач по управлению персоналом и их реализация на ПЭВМ для ОАО «Московское Речное Пароходство» 2.48 MB
  3 Анализ существующей системы управления. Управление персоналом должно все меньше основываться на административных методах и все в большей степени ориентироваться на осознанную кадровую политику базирующуюся на системе интересов государственного служащего и органов государственного управления. Поэтому необходимы новейшие научные знания и эффективные технологии в области управления человеческими ресурсами методы формирования и управления трудовым коллективом освоение инновационных технологий работы с кадрами. Нужны новые подходы к таким...
38666. Возведение одноэтажного административно-хозяйственного здания для Центра Детского Творчества в г.Уфа 1.43 MB
  Выбор методов производства работ основных машин и механизмов 2.4 Определение номенклатуры и подсчет объемов работ Бахолдина Н.2 Ведомость номенклатуры и подсчета объемов работ 2.5 Выбор методов производства работ и механизмов 2.
38668. ДИСКУРС ОБ АВТОРСТВЕ В ПОСТСОВЕТСКОЙ КИНОКРИТИКЕ НА ПРИМЕРЕ ДЭВИДА ЛИНЧА 910.5 KB
  вторский кинематограф остается на сегодняшний день закрытым для многих, чьи потребности уже вышли за рамки развлекательного кино отчасти из-за непонимания сложившегося в мире киноязыка, отчасти из-за бессилия кинокритики в доступной и объективной форме интерпретировать произведения. К авторскому кинематографу сформировалось отношение как к чему-то субъективному и непознаваемому по своей природе.
38669. Расчет плиты междуэтажного перекрытия марки ПТМ 56.12.22-7.0S800. СТБ 1383-2003 696 KB
  Расчёт рабочей арматуры Расчётное сечениетавровое геометрические размеры которого показаны на рисунке 2.Расчёт рабочей арматуры плиты производится исходя из методики расчёта изгибаемых элементов по альтернативной модели в предположении прямоугольной эпюры распределения напряжений в сжатой зоне бетона.4 где d=hc=22040=180мм ds – 20мм предполагаемый максимальный диаметр арматуры.7...
38670. Ресурсы основных видов охотничьих животных и их использование в Белохолуницком охотничье – промысловом участке Кировской области 420.5 KB
  Перечисленное стало основой к принятию ряда Законов РФ «Об охране окружающей среды; О животном мире; Об охоте…» и Кодексов (Водный; Лесной; и др.). В перечисленных документах определена и задействована роль охотничьего хозяйства и охотпользователей.
38671. Вивчення гідрогеологічних умов ділянки водозабору (св.55е) столової води та затвердження її експлуатаційних запасів у ДКЗ України в кількості 288 м3/добу 1.24 MB
  АБ акціонерного товариства закритого типу АТЗТ Новомосковський завод мінводи. Відповідно до вищевказаних документів розвідувальні роботи необхідно було виконати на ділянці водозабору свердловина №55е мінеральної столової води Новотроїцька який розташовано на території Новомосковського заводу мінводи у 2 км на захід від с.55е столової води та затвердження її експлуатаційних запасів у ДКЗ України в кількості 288 м3 добу.Солоний Лиман на відстані 55 км від Новомосковського заводу мінводи св.
38672. ПРАВОСЛАВНЫЕ ХРАМЫ СИМФЕРОПОЛЯ (КОНЕЦ XVIII – НАЧАЛО XXI ВЕКА) 330 KB
  Изучение вопросов религии, и её места в жизни общества представляет насущную задачу в наше время. Долгое время проблемы религии не рассматривались, так как шли вразрез с советской идеологией. Доступ к данным по возникновению и развитию православных храмов был ограничен, что обусловило отсутствие информации во многих исследованиях и учебных пособиях по истории