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

58443. Ляльки. Одяг 68 KB
  Take the short dress and colour it blue. Take the big boots and colour them black. Take the small shoes and colour them red. Take the new trousers and colour them grey.
58444. Герої мультфільмів 36 KB
  Jane came to visit Vicky. Look at picture b. What are they doing? Do you know this cartoon? Do you like it? Who are the characters in this cartoon? Do Jane and Vicky like it?icture. This is Sue again. Whats she wearing?
58445. Той ще не музика, хто в дудку дме. А. Григорук Той ще не музика, хто в дудку дме 35 KB
  У яку групу обєднаємо слова останньої групи Музичні інструменти. Як ви їх розумієте Прочитайте слова і вирази правильно наголошуючи один одному напівголосно. Поясніть її слова. Чому він винувато посміхнувся Чи підтримали їхню думку інші члени сімї
58446. Посилення колоніальної політики Російської імперії. Спроби ліквідації гетьманства 75.5 KB
  Спроби ліквідації гетьманства Становище в Україні після Полтавської битви. Заходи щодо економіки Гетьманщини. Україна від гетьманування Івана Скоропадського до Правління гетьманського уряду. Гетьман Іван Скоропадський.
58447. ПОДБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХЭЛЕМЕНТОВ ОДНОСТУПЕНЧАТОЙ ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ 237.93 KB
  Проведем тепловой, конструктивный и гидромеханический расчет теплообменных аппаратов: конденсатора и испарителя. Конденсатор выберем горизонтальный кожухотрубный с водяным охлаждением. Испаритель выбираем горизонтальный кожухотрубный затопленного типа.
58448. Регуляторні системи організму людини 33.5 KB
  Продовжити знайомити учнів з фізіологічними та функціональними системами організму людини; особливу увагу звернути на регуляції функцій та регуляторні системи організму; формувати уявлення про організм як цілісну саморегулювальну систему.
58449. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОРМОПРОИЗВОДСТВА. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОМБИКОРМОВЫХ АГРИГАТОВ 3.52 MB
  Оборудование комбикормовых цехов (ОКЦ) предназначено для производства рассыпных полнорационных комбикормов в сельскохозяйственных предприятиях и на межхозяйственных комбикормовых заводах.
58450. Доба Мейдзі в Японії 71 KB
  Мета: навчальна схарактеризувати соціальноекономічний і політичний розвиток Японії в другій половині ХІХ ст.; визначити причини та напрямки зовнішньополітичної експансії Японії; розвиваюча розвивати в учнів уміння аналізувати і узагальнювати історичний матеріал...
58451. Різдво в Україні 76 KB
  Good morning, Sue! Nice to see you! Hello, Ralf!How is life? Hi, Seon! How are you getting on? What season is it now? What are winter months? Do you like winter? What can we do in winter? What else is good about winter?re are a lot of wonderful holidays...