17683

Принцип дії лазера інверсія населеностей

Доклад

Физика

Принцип дії лазера: інверсія населеностей. Дія лазера базується на підсиленні світлового потоку середовищем через яке він проходить. Якщо привести систему атомів у нерівноважний стан достатньо сильно порушивши розподіл Больцмана то можна досягти зміни концентрації...

Украинкский

2013-07-05

49.35 KB

4 чел.

Принцип дії лазера: інверсія населеностей.

 Дія лазера базується на підсиленні світлового потоку середовищем, через яке він проходить. Якщо привести систему атомів у нерівноважний стан, достатньо сильно порушивши розподіл Больцмана, то можна досягти зміни концентрації атомів на різних рівнях так, щоб було NnNn+1 , і навіть Nn > Nn+1. У першому випадку α ≈ 0, тобто пучок поширюється у середовищі без поглинання, а у другому α > 0, тобто пучок підсилюється.

Створюючи вимушені переходи атомів між рівнями, світловий пучок змінює їх заселеність (якщо комусь не ясно, то це просто к-сть атомів на рівні).

Він намагається зрівняти заселеності рівнів, і при досить великій густині потоку йому це вдається, однак він (світловий потік) не може створити інверсної заселеності. Вона досягається незалежною від світла що підсилюється дією на атоми.

Є активне середовище, яке знаходиться в оптичному резонаторі, тобто між двома дзеркалами, через яку поширюється плоска хвиля деякої частоти . Коефіцієнт поглинання :

Де amn() – спектральна густина коефіцієнта Ейнштейна, gn .gm – статична вага станів, Nn ,Nm – населеності станів. Величини Nn/gn (n -> m перехід),  Nm/gm (m -> n перехід) показують зміни при переході, які супроводжуються поглинанням чи випромінюванням фотонів. Таким чином, якщо αa() > 0, тобто Nn/gn < Nm/gm , то густина потоку енергії, що поширюється в середовищі, буде зростати, тобто у пучок буде додаватися більше фотонів, ніж відніматися. Це і є інверсією населеностей. Очевидно, що зі збільшенням шляху, що його проходить хвиля збільшиться і підсилення.

Нехай маємо активне середовище dz, I - інтенсивність на вході, I+d I - інтенсивність на виході, два енергетичні рівні. Тоді к-сть переходів 1->2 N1B12ρ(ω)dz/V,   к-сть переходів 2->1 N2B21ρ(ω)dz/V, а d I = (ω)V= Ikdz, де

– закон Бургера

Розподіл населеності для αa() > 0, де Е – енергія потоку, N – заселеність. Графік побудований для B21= B12, при N2>N1 буде E2>E1.

Однак найпростіше реалізувати інверсну населеність для трьохрівневої системи.

На графіку зображено розподіл населеностей в ріноважному стані. При дії на систему випромінювання великої потужності з частотою ωn=(E2-E0)ħ досягається режим насиченості і населеності 0-го та 2-го рівнів практично зрівнюються. Припустимо, що час життя атомів на 2-ому рівні дуже малий і вони спонтанно переходять на 1-ий, де їх час життя достатньо великий. Тоді атоми на першому рівні будуть накопичуватися, в результаті чого досягається інверсна населеність між 1-им та 0-вим рівнями(мал. праворуч). Такий перехід може бути використаний для підсилення світла з частотою ω=(E1-E0)ħ. Як бачимо ωn і ω – різні, тобто випромінювання, яке підсилюється, і випромінювання, яке створює інверсну населеність, незалежні, про що вже було сказано вище.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33978. Трещины анального канала. Локализация. Клиника. Механизм боли. Лечение 25.5 KB
  Трещины анального канала. Боль обусловливает спазм и углубление трещины. Может быть несколько трещин в таком случае наиболее типичная локализация их передняя и задняя комиссуры зеркальные трещины. Трещины заднего прохода чаще наблюдают у женщин в возрасте от З0 до 50 лет.
33979. ВЫПАДЕНИЕ ПРЯМОЙ КИШКИ (Пролапс прямой кишки) 28 KB
  ВЫПАДЕНИЕ ПРЯМОЙ КИШКИ Пролапс прямой кишки Выпадение прямой кишки прогрессирующее заболевание характеризующееся смещением стенок дистального отдела толстой кишки и выпадением выворачиванием их через заднепроходное отверстие. Длительно существующее выпадение приводит к выраженным морфологическим и функциональном изменениями в стенке кишки и её замыкательном аппарате. Выпадение влагалища и прямой кишки 176780. Этиология Производящие причины Повышение внутрибрюшного давления: тяжёлый физический труд затяжные роды упорные запоры...
33980. Полипы прямой кишки 23.5 KB
  Полипы прямой кишки. Гиперпластические полипы. Аденоматозные полипы. Согласно гистологическим критериям различают следующие виды аденоматозных полипов: тубулярные 6580 тубуловорсинчатые 1025 и ворсинчатые 510 Аденоматозные полипы являются предшественниками карциномы.
33981. Эндемический зоб 29.5 KB
  Эндемический зоб. Эндемический зоб. Диффузный зоб: семейная патология поддается терапии тироксином. Лекарственный зоб требует периодической отмены соответствующего препарата если это возможно если нет пациент получает тироксин.
33982. Консервативное и оперативное лечение эндемического зоба. Виды оперативных вмешательств. Профилактика э.з 24 KB
  Консервативное и оперативное лечение эндемического зоба. Характер медикаментозной терапии эндемического зоба зависит от степени увеличения щитовидной железы и состояния ее функции. Показания к хирургическому лечению определяются наличием узлов особенно холодных не поглощающих изотопы быстрым ростом зоба наличием признаков сдавления окружающих органов и тканей подозрением на малигнизацию. После операции целесообразно назначение тиреоидных гормонов для предупреждения рецидива зоба.
33983. Тиреотоксический зоб 36 KB
  У больных тиреотоксикозом в крови был обнаружен длительно действующий стимулятор LTS который активирует функцию щитовидной железы. Вследствие этого LTS вызывает такое же возбуждение щитовидной железы как и тиреотропин поскольку связывается с теми же рецепторами что и последний. Большая частота заболевания у женщин объясняется более частыми у них нарушениями норм;льного взаимоотношения функций половых желез и гипоталамогипофизарной системы что сопровождается усиленным синтезом гормонов щитовидной железы. Увеличение щитовидной железы...
33984. Осложнения варикозного расширения вен 24 KB
  Осложнения варикозного расширения вен: трофические язвы острые тромбофлебиты расширенных вен кровотечения из варикозных узлов. Язвы как правило возникают на внутренней поверхности нижней трети голени в надлодыжечной области. Язвы обычно одиночные но могут быть и множественные как правило плоские дно их ровное края неправильно очерчены пологие выделения скудные серозные или гнойные. Длительно не заживающие и рецидивирующие язвы приносят больным мучительные страдания.
33985. Показания и противопоказания к оперативному лечению варикозного расширения вен конечностей. Виды оперативных вмешательств 26 KB
  Операцию начинают с перевязки основного ствола большой подкожной вены у места впадения в бедренную вену операция Троянова Тренделенбурга и ее добавочных ветвей. Оставление длинной культи большой подкожной вены с ее притоками является одной из причин рецидивов. Удаление большой подкожной вены целесообразнее производить по методу Бэбкокка. С этой целью в дистальный отдел пересеченной большой подкожный вены вводят зонд Бэбкокка или аналогичные ему инструменты.
33986. Тромбофлебит нижних конечностей. Клиника, диагностика, лечение острого тромбофлебита поверхностных вен 23 KB
  Тромбофлебит нижних конечностей. Клиника диагностика лечение острого тромбофлебита поверхностных вен. Поверхностный тромбофлебит воспалительное заболевание характеризующееся развитием тромбоза и реактивного спазма поверхностных вен чаще нижних конечностей. Тромбофлебит развивается при наличии следующих условий: замедлении кровотока повышении свёртываемости крови повреждении стенки или клапанов вен присоединении инфекции.