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

19076. Электрические методы измерения. Классический эффект Холла 137 KB
  Лекция 5. Электрические методы измерения. Классический эффект Холла. К электрическим методам измерения относятся измерения вольтамперных характеристик эффекта Холла вольтфарадных характеристик. Вольтамперные характеристики измеряются двухконтактным и четыре...
19077. Принципы резонансного туннелирования. Резонансно-туннельный диод (РТД) на двух-барьерных и трех-барьерных структурах. Вольт-амперные характеристики РТД. Генерация излучения на РТД 745 KB
  Лекция 6 Принципы резонансного туннелирования. Резонанснотуннельный диод РТД на двухбарьерных и трехбарьерных структурах. Вольтамперные характеристики РТД. Генерация излучения на РТД. Введение В последнее время бурно развивается новая область науки физик
19078. Вольтфарадные характеристики структур с квантовыми ямами 662 KB
  Лекция 7. Вольтфарадные характеристики структур с квантовыми ямами Для контроля параметров квантоворазмерных структур состава структуры положения квантовых ям в структуре глубины квантовой ямы концентрации носителей заряда в яме и т.д. широко используются такие
19079. Двумерный электронный газ. Квантовый эффект Холла. Осцилляция Шубникова де Гааза 147 KB
  Лекция 8. Двумерный электронный газ. Квантовый эффект Холла. Осцилляция Шубникова де Гааза. Квантовый эффект Холла В отличие от классического квантовый эффект Холла наблюдается в проводниках толщина которых чрезвычайно мала и сравнима с межатомным расстоянием.
19080. Оптические методы исследования наноструктур. Основы фотолюминесценции Фотолюминесценция квантово-размерных структур 141.5 KB
  Лекция 9 Оптические методы исследования наноструктур. Основы фотолюминесценции Фотолюминесценция квантоворазмерных структур 1. Понятия. При взаимодействии электромагнитного излучения с веществом возникает излучение отличающееся по направлению распростране
19081. Проектирование БД «Школа». Создание таблиц. Проектирование модели реальной БД на примере создания БД «Школа» 94.55 MB
  Мы будем создавать работающую БД со всеми основными объектами: таблицами, формами, запросами и отчетами, используя всем нам хорошо знакомую предметную область – школу. Школа – это сложная структура со множеством объектов. Перечислим эти объекты: ученики, учителя, классы, администрация, изучаемые предметы, оценки по этим предметам, библиотека, столовая, кружки, родительский комитет, зарплата учителей, школьная мебель и оборудование, ремонт помещений
19082. Теория автоэлектронной эмиссии 221 KB
  ЛЕКЦИЯ 1011 Теория автоэлектронной эмиссии. АВТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ Под электронной эмиссией понимается испускание электронов как правило в вакуум из твердого тела или какойлибо другой среды. Тело из которого испускаются электроны называется катод. Электроны
19083. Принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп 440 KB
  ТЕМА 1213 Принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп Атомносиловой микроскоп Сравнительная характеристика различных методов микроскопического исследования поверхности твердых тел Мет...
19084. Электронная микроскопия 465 KB
  Лекция 14. Электронная микроскопия ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП прибор который позволяет получать сильно увеличенное изображение объектов используя для их освещения электроны. Электронный микроскоп ЭМ дает возможность видеть детали слишком мелкие чтобы их мог разреш...