Источники излучения для волоконно-оптических линий связи. Кавецкая И.В - 6 стр.

                                         6
     Если рассматриваемая плоская волна распространяется в направлении z,
изменение ее интенсивности на длине dz будет
                            dI ( z) =( Pизл −Pпогл )dz =−α(ν) Iνdz,   (*)
                     c 2 A21
где α (ν ) =( N1 −N 2 )         q (ν ) - коэффициент поглощения (затухания).
                   8 π h ν 3n 2
       Решение уравнения (*) имеет вид:
                                                      −α (ν ) z
                                 Iν ( z ) =Iν (0 )e               .
      При N1 > N2 коэффициент α(ν) > 0 и интенсивность волны
экспоненциально затухает при распространении в веществе. При тепловом
равновесии N1 всегда больше, чем N2, и в естественном (невозбужденном)
состоянии резонансное взаимодействие света с веществом приводит к
поглощению. При N2 > N1 величина α(ν) < 0 и имеет место экспоненциальное
усиление интенсивности света. Такое состояние системы называют состоянием
с инверсной населенностью. В этом случае вводится коэффициент усиления
 g =−α .
      Таким образом, в результате переходов Е 1 → Е2 волна теряет энергию,
ослабляется. В результате же переходов Е 2 → Е1 световая волна усиливается.
Результирующее изменение энергии световой волны определяется разностью
N2 – N1. В условиях термодинамического равновесия населённость нижнего
уровня N1 всегда больше населённости верхнего N2 , поэтому волна теряет
больше энергии, чем приобретает, т.е. имеет место поглощение света.
      Однако возможно создать условия, когда на уровне Е 2 оказывается
больше атомов, чем на уровне Е1 (N2 > N1). Такое состояние называется
инверсией населённостей уровней. При этом вынужденные переходы Е 2 → Е1
преобладают и поставляют в световую волну больше энергии, чем теряется в
результате переходов Е1 → Е2 , происходит усиление световой волны.
      Излучаемые в результате вынужденных переходов кванты по частоте ν,
направлению распространения, поляризации и фазе тождественны первичной
волне и, следовательно, когерентны, независимо от того, каким образом
происходило возбуждение атомов на уровень Е 2. Среду с инверсией
населённостей какой-либо пары энергетических уровней Е 1 и Е2, способную
усиливать излучение частоты ν = (Е2 - Е1)/h, называют активной.
      Спонтанное излучение возбуждённого атома, прежде чем выйти из
активной среды, может вызывать вынужденные переходы других
возбуждённых атомов и, вследствие этого, усиливаться. Поскольку усиление
зависит от пути, проходимого волной в среде, для увеличения усиления
применяют оптическую обратную связь, возвращая свет зеркалами обратно в
активную среду. Такую систему зеркал называют резонатором. Пример
простейшего и наиболее часто применяемого резонатора – интерферометр
Фабри – Перо (рис. 2).
      Из рисунка видно, что в наиболее благоприятные условия попадает волна,
распространяющаяся вдоль оси интерферометра. Усиливаясь, она достигнет