Оптическая и квантовая электроника. Светцов В.И. - 19 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ИГХТУ | Иваново

Составители: 

Рубрика: 

22
1.3.6. Четырехуровневая система
В четырехуровневой системе каналы накачки и генерации полностью
разделены, что позволяет получать инверсию населенностей при минимальных
уровнях накачки. Механизм создания инверсии между рабочими лазерными
уровнями Е
3
и Е
2
показаны на рис.1.6. Так же, как и в трехуровневой системе,
накачка переводит атомы из основного Е
1
в верхнее возбужденное состояние
Е
4
. Инверсия достигается между уровнями Е
3
и Е
2
. Для этого необходимо,
чтобы процессы Е
4
- Е
3
и Е
2
- Е
1
были быстрыми. Возможные переходы 4 - 1, 4
- 2, 3 - 1, 1 - 2, 3 - 4 приводят к уменьшению инверсии.
Так же, как и в предыдущих случаях, для четырехуровневой системы
может быть проведен кинетический анализ, результаты которого показаны на
рис.1.6б. Сами балансные уравнения из-за их громоздкости не приводятся.
Рис.1.6. Схема четырехуровневой системы (а) и зависимость относительной
населенности уровней от плотности накачки (б).
Из рис.1.6б следует, что пороговая плотность накачки по инверсии в
четырехуровневой системе мала даже при учете потерь в активном веществе. В
режиме генерации за счет интенсивных вынужденных переходов происходит
насыщение уровня инверсии и коэффициента усиления.
В заключение отметим ряд моментов, относящихся и к трех-, и к
четырехуровневым системам.
1. Для исключения термического заселения необходимо, чтобы разности
энергий между уровнями Е
4
- Е
3
и Е
2
- Е
1
были больше кТ. Но следует иметь в 
                            1.3.6. Четырехуровневая система
        В четырехуровневой системе каналы накачки и генерации полностью
разделены, что позволяет получать инверсию населенностей при минимальных
уровнях накачки. Механизм создания инверсии между рабочими лазерными
уровнями Е3 и Е2 показаны на рис.1.6. Так же, как и в трехуровневой системе,
накачка переводит атомы из основного Е1 в верхнее возбужденное состояние
Е4. Инверсия достигается между уровнями Е3 и Е2. Для этого необходимо,
чтобы процессы Е4 - Е3 и Е2 - Е1 были быстрыми. Возможные переходы 4 - 1, 4
- 2, 3 - 1, 1 - 2, 3 - 4 приводят к уменьшению инверсии.
        Так же, как и в предыдущих случаях, для четырехуровневой системы
может быть проведен кинетический анализ, результаты которого показаны на
рис.1.6б. Сами балансные уравнения из-за их громоздкости не приводятся.




 Рис.1.6. Схема четырехуровневой системы (а) и зависимость относительной
              населенности уровней от плотности накачки (б).

     Из рис.1.6б следует, что пороговая плотность накачки по инверсии в
четырехуровневой системе мала даже при учете потерь в активном веществе. В
режиме генерации за счет интенсивных вынужденных переходов происходит
насыщение уровня инверсии и коэффициента усиления.
     В заключение отметим ряд моментов, относящихся и к трех-, и к
четырехуровневым системам.
     1. Для исключения термического заселения необходимо, чтобы разности
энергий между уровнями Е4 - Е3 и Е2 - Е1 были больше кТ. Но следует иметь в

                                    22

Страницы