Оптические методы в информатике. Лантух Ю.Д. - 54 стр.

      4.1.5 Активная среда и активные центры

      "Сердцем" лазера является активный элемент - некоторая среда (твердая,
жидкая или газообразная), содержащая специально подобранные атомы, ионы
или молекулы, в результате высвечивания которых и возникает лазерное излу-
чение. Эти атомы (ионы, молекулы) называют активными центрами. Они со-
ставляют относительно малую долю от всех атомов (молекул), образующих ак-
тивную среду. Их количество в 1 см 3 активной среды составляет примерно
1015 Κ 1017 в газообразных средах и 1019 Κ 10 20 в твердых и жидких средах.
      Будем рассматривать только те уровни энергии активного центра, кото-
рые важны с точки зрения возникновения генерации в лазере. Прежде всего вы-
делим два уровня, на переходе между которыми рождается лазерное излучение.
Этот переход называют рабочим переходом, а соответствующие энергетические
уровни рабочими уровнями. Различают нижний и верхний рабочие уровни.
Пусть ε12 = E 2 − E1 - разность энергий рабочих уровней; ν12 = ε 12 / h есть часто-
та рабочего перехода (частота излучения лазера). Обозначим через n1 и n2 число
активных центров в единице объема активной среды, находящихся на нижнем и
верхнем рабочих уровнях соответственно; эти величины называют заселенно-
стями рабочих уровней.

      4.1.6 Инвертированная активная среда

      Как уже отмечалось, фотон с энергией ε12 = E 2 − E1 может с равной веро-
ятностью инициировать как переход E1 → E 2 , так переход E 2 → E 1 . Все дело в
том, на каком энергетическом уровне находится взаимодействующий с фото-
ном активный центр. Если на нижнем рабочем уровне (Е1) находится больше
активных центров, чем на верхнем уровне (Е2), то будут преобладать процессы
поглощения света. Если же, наоборот, на уровне Е1 находится меньше активных
центров, чем на уровне Е2, то будут преобладать процессы вынужденного ис-
пускания света.
      В обычных условиях и, в частности, при термодинамическом равновесии,
заселенности энергетических уровней уменьшаются по мере увеличения энер-
гии уровней, т.е. n 2 < n 1 . Поэтому обычно процессы поглощения света преоб-
ладают над процессами вынужденного испускания света.
      Нам важно, чтобы, наоборот, преобладали процессы вынужденного ис-
пускания света. Следовательно, необходимо позаботиться о том, чтобы засе-
ленность верхнего рабочего уровня оказалась выше заселенности нижнего
уровня, т.е. чтобы выполнялось условие

                                     n 2 < n1 ,                               (4.4)




138