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

17438. Ознайомлення з роботою систем автоматичного регулювання зі зворотнім зв’язком 198 KB
  Мета роботи:Ознайомлення з роботою систем автоматичного регулювання зі зворотнім звязком. Теоретичні відомості Значні обчислювальні та логічні можливості ЕОМ визначають їх використання для керування автоматизованими обєктами. Інтегральні пристрої цифрового опр
17439. Поняття Колективного несвідомого та архетипу в концепції К. Юнга 23.87 KB
  Поняття Колективного несвідомого та архетипу в концепції К. Юнга Аналітична психологія один з видів аналізу особистості засновником якого є швейцарський психолог і культуролог К. Г. Юнг. Цей напрямок близький до психоаналізу однак має істотні відмінності. Його
17440. Основні етапи розвитку позитивізму 20.68 KB
  Основні етапи розвитку позитивізму Незвичайність новітніх наукових відкриттів гостро поставила питання про природу наукових понять співвідношення чуттєвого і раціонального моментів пізнання емпіричного і теоретичного знання про істину та її критерії законом...
17441. Головні ідеї Філософії життя Ф. Ніцше 17.6 KB
  Головні ідеї Філософії життя Ф. Ніцше Наприкінці XIX у першій половині XX ст. в Європі набула популярності філософія життя найпомітнішими представниками якої були Ф. Ніцше З. Фрейд А. Бергсон які відійшли від онтологічної та характерної для класичної філософії гн...
17442. Інтуїтивізм А. Бергсона 16.86 KB
  Інтуїтивізм А. Бергсона Один із філософських напрямів кінця XIX початку XX століть інтуїтивізм пов'язаний передусім з іменем видатного французького філософа лауреата Нобелівської премії Анрі Бергсона 18591941. Інтуїтивізм Бергсона складна суперечлива т...
17443. Характеристика напрямків філософії XX ст. 29.75 KB
  Характеристика напрямків філософії XX ст. Початок XX століття ознаменувався революційними змінами в науці відкриттям атома й електрона побудовою теорії відносності та квантової механіки а також становленню психології фрейдизму. На початку століття інтен
17444. Основні ідеї філософської позиції екзистенціалізму 21.53 KB
  Основні ідеї філософської позиції екзистенціалізму Екзистенціалі́зм фр. existentialisme від лат. exsistentia існування Філософія існування напрям у філософії XX ст. що позиціонує і досліджує людину як унікальну духовну істоту що здатна до вибору власної долі. Основни...
17445. Проблеми людини та її свободи у філософії Ж. П. Сартра 17.51 KB
  Проблеми людини та її свободи у філософії Ж. П. Сартра Вихідний пункт екзистенціалізму за Сартром це проблема яку вирішують герої Достоєвського: якщо Бога немає то все дозволено. Разом з Богом зникає можливість знайти якінебудь цінності у надчуттєвому світі. Немає ...
17446. Ветвление: полная форма 108.89 KB
  Лабораторная работа № 7 Ветвление: полная форма 7.1. Вложенные операторы lf...Then Внутрь оператора If_Then можно поместить еще один оператор If_Then. Второй оператор If_Then будет выполняться только если условие в первом выполняется. Второй оператор находится внутри первого. Гово...