Оптическая и квантовая электроника. Светцов В.И. - 16 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ИГХТУ | Иваново

Составители: 

Рубрика: 

19
Рис.1.4. Схема энергетических состояний двухуровневой квантовой системы
(а) и зависимость относительной населенности рабочих уровней от плотности
накачки (б).
В такой системе достаточно учесть три основных процесса: возбуждение
уровня Е
2
в результате накачки и спонтанный и вынужденный излучательные
переходы в основное состояние Е
1
. В стационарном состоянии скорости
населения и расселения уровня Е
1
равны и уравнение баланса можно записать
следующим образом:
(
)
ρ
ρ
н н
В N В А N
12 1 21 21 2
=
+
(1.25)
Обозначив общее количество частиц в системе N = N
1
+ N
2
, получим:
N
В
А В
N
н
н
2
21
21
21
2
=
+
ρ
ρ
N
A В
А В
N
н
н
1
21 21
21
21
=
+
+
ρ
ρ
(1.26)
ρ
н
- плотность излучения накачки. При отсутствии возбуждения все частицы
находятся на энергетическом уровне Е
1
. С увеличением плотности накачки
населенность уровня Е
1
уменьшается, а Е
2
растет (Рис 4б). В предельном
случае, при бесконечно большой плотности накачки, населенности обоих
уровней выравниваются:
lim N
1
= limN
2
= N/2 (1.27)
Такое состояние называется "просветлением" среды, так как показатель
поглощения при этом стремится к нулю. Но ни при каких условиях, используя
оптическую накачку, в двухуровневой системе нельзя достичь инверсии, а,
следовательно, и усиления. Аналогичный результат получается и для других
способов накачки. Инверсную населенность в двухуровневой системе можно
получить только методом сортировки частиц. Пример - мазер на пучке молекул
аммиака.
1
0,5
0
N
1
N
2
ρ
H
ρ
12
B
12
A
21
ρ
12
B
21
E
1
                                          1

                                                          N1
  ρ12 B12      A21        ρ12 B21        0,5
                                                          N2

                               E1         0
                                                                      ρH
 Рис.1.4. Схема энергетических состояний двухуровневой квантовой системы
(а) и зависимость относительной населенности рабочих уровней от плотности
                                накачки (б).

     В такой системе достаточно учесть три основных процесса: возбуждение
уровня Е2 в результате накачки и спонтанный и вынужденный излучательные
переходы в основное состояние Е1. В стационарном состоянии скорости
населения и расселения уровня Е1 равны и уравнение баланса можно записать
следующим образом:
      ρ н В12 N 1 = (ρ н В21 + А 21 )N 2                          (1.25)
     Обозначив общее количество частиц в системе N = N1 + N2, получим:
              ρ н В21                A + ρ н В21
     N2 =                 N     N 1 = 21            N              (1.26)
          А 21 + 2ρ н В21            А 21 + ρ н В21
ρн - плотность излучения накачки. При отсутствии возбуждения все частицы
находятся на энергетическом уровне Е1. С увеличением плотности накачки
населенность уровня Е1 уменьшается, а Е2 растет (Рис 4б). В предельном
случае, при бесконечно большой плотности накачки, населенности обоих
уровней выравниваются:
      lim N1 = limN2 = N/2                                         (1.27)
      Такое состояние называется "просветлением" среды, так как показатель
поглощения при этом стремится к нулю. Но ни при каких условиях, используя
оптическую накачку, в двухуровневой системе нельзя достичь инверсии, а,
следовательно, и усиления. Аналогичный результат получается и для других
способов накачки. Инверсную населенность в двухуровневой системе можно
получить только методом сортировки частиц. Пример - мазер на пучке молекул
аммиака.


                                    19

Страницы