ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
возможны лишь при совпадении частот излучения и квантового перехода ω
21
.
Они являются конкурирующими, а при преобладании индуцированных пере-
ходов над переходами с поглощением энергии происходит усиление поля.
В активной среде, находящейся в тепловом рав-
новесии, невозможно усиление потока (атом в равно-
весном состоянии всегда поглощает падающее на
него излучение). Поглощение энергии приводит к
переходу частиц в возбужденное состояние и повы-
шению населенности верхнего уровня. Такую среду
называют инверсно заселенной. Усиление возможно,
если распределение частиц по энергетическим уров-
ням отклоняется от больцмановского (система термодинамически неравно-
весна). Для поддержания неравновесности требуется постоянное воздействие
внешнего источника возбуждения (накачка). Без накачки среда переходит в
равновесное состояние. Существуют различные методы накачки.
Облучение активной среды потоком излучения – оптическая накачка. В
двухуровневой системе (см. рис. 1) с помощью оптической накачки не удает-
ся создать инверсную заселенность. Среда поглощает излучение накачки
d
ρ
/ dt < 0 и населенность возбужденного уровня N
2
возрастает. Однако с ро-
стом N
2
поглощение уменьшается и при N
2
=N
1
g
2
/ g
1
полностью прекращает-
ся. Наступает насыщение среды, и дальнейшего увеличения N
2
, необходимо-
го для создания инверсности, добиться невозможно. Оптическая накачка ис-
пользуется в трех или четырехуровневых системах.
Другим способом накачки является электрический разряд. Электрический
разряд поджигается непосредственно в активной среде и приводит к образо-
ванию электронов и ионов, которые ускоряются в поле разряда и приобрета-
ют кинетическую энергию. При взаимодействии электронов и ионов с атома-
ми газа и между собой происходит перераспределение энергии, набранной в
поле. Ускоренный ион теряет значительную часть своей энергии при столк-
новении с тепловым атомом, так как массы их одинаковы, и поэтому средняя
энергия ионов не сильно отличается от тепловой. В то же время упругие со-
ударения электронов с атомами почти не сопровождаются обменом энергией
из-за большого различия в массах. В результате электроны накапливают
энергию до резонанса с переходом атома.
Одним из механизмов возбуждения атомов является электронный удар
е + А = е + А
*
.
В газах важную роль играет обмен энергией возбуждения между атомами
А
*
+ В = А + В*.
Процесс носит резонансный характер, и сечение имеет резкий максимум,
если разность энергий соответствующих возбужденных уровней частиц
удовлетворяет условию ∆W ≤ kТ. В этом случае почти вся энергия возбужде-
ния первого атома переходит в энергию возбуждения второго, и лишь малая
часть тратится на кинетическую энергию разлетающихся частиц.
Возбуждение в электрическом разряде позволяет реализовать непрерыв-
ный режим работы лазера с большим КПД преобразования электрической
34
Е
2
N
2
Е
1
N
1
B
21
A
21
B
12
Рис. 1. Квантовые
переходы в
двухуровневой системе
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- …
- следующая ›
- последняя »
