Оптическая и квантовая электроника. Светцов В.И. - 7 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ИГХТУ | Иваново

Составители: 

Рубрика: 

10
используемой в ОКГ, стимулированное излучение становится процессом,
который определяет механизм размножения фотонов.
Предположим, что на систему, содержащую частицы m и n, падает
электромагнитная волна с частотой ν и со спектральной плотностью ρ(ν). При
этом единицей объема среды в процессе вынужденного поглощения
поглотится мощность, равная:
mnmn
)N(BhW
ν
ρ
ν
=
. (1.5)
В то же время в процессе вынужденного излучения выделится мощность:
nnm
ЏЌ‘
)N(BhW
ν
ρ
ν
=
. (1.6)
Разность этих мощностей представляет собой мощность излучения, вышедшую
из активной среды:
]N)[N(BhWW
mnnmn
ЏЌ‘
−
ν
ρ
ν
=
−
. (1.7)
В уравнении 1.7 учтено, что В
mn
= В
nm
. Очевидно, что если W
изл
больше
W
п
, то мощность волны будет увеличиваться по мере прохождения среды. В
противном случае среда поглощает волну.
Таким образом, при выполнении условия N
n
больше N
m
, то есть при
наличии в системе инверсной заселенности уровней, можно получить
оптический квантовый усилитель света. Инверсия заселенностей является
необходимым, но недостаточным условием для получения усиления в данной
среде. Необходимо так же, чтобы усиление за счет процессов вынужденного
излучения превышало все возможные потери.
Рассмотрим подробнее вопрос о коэффициенте усиления системы.
Изменение интенсивности излучения при прохождении оптически активной
среды описывается уравнением:
dI xIdx
v
v
v
=
−
, (1.8)
представляющим собой закон Бугера в дифференциальной форме. Здесь
x
v
- коэффициент поглощения. Если в рассматриваемой среде существует
инверсная заселенность, то коэффициент поглощения меньше нуля, то есть
волна не затухает, а усиливается. В этом случае о среде с инверсной
заселенностью можно говорить как о среде с отрицательным коэффициентом
поглощения.
Установим связь между коэффициентом поглощения и инверсной
заселенностью уровней. Перепишем уравнение (1.8) в виде:
x
dI
Idx
v
v
v
= . (1.9) 
используемой в ОКГ, стимулированное излучение становится процессом,
который определяет механизм размножения фотонов.
      Предположим, что на систему, содержащую частицы m и n, падает
электромагнитная волна с частотой ν и со спектральной плотностью ρ(ν). При
этом единицей объема среды в процессе вынужденного поглощения
поглотится мощность, равная:
      Wn = hνB nm ρ(ν )N m .                                      (1.5)
     В то же время в процессе вынужденного излучения выделится мощность:
     WЏЌ‘ = hνB nm ρ(ν)N n .                                     (1.6)
Разность этих мощностей представляет собой мощность излучения, вышедшую
из активной среды:
      WЏЌ‘ − Wn = hνB nm ρ(ν)[N n − N m ] .                (1.7)
      В уравнении 1.7 учтено, что Вmn = Вnm. Очевидно, что если Wизл больше
Wп, то мощность волны будет увеличиваться по мере прохождения среды. В
противном случае среда поглощает волну.
      Таким образом, при выполнении условия Nn больше Nm, то есть при
наличии в системе инверсной заселенности уровней, можно получить
оптический квантовый усилитель света. Инверсия заселенностей является
необходимым, но недостаточным условием для получения усиления в данной
среде. Необходимо так же, чтобы усиление за счет процессов вынужденного
излучения превышало все возможные потери.
      Рассмотрим подробнее вопрос о коэффициенте усиления системы.
Изменение интенсивности излучения при прохождении оптически активной
среды описывается уравнением:
      dI v = − x v I v dx ,                                         (1.8)
      представляющим собой закон Бугера в дифференциальной форме. Здесь
xv - коэффициент поглощения. Если в рассматриваемой среде существует
инверсная заселенность, то коэффициент поглощения меньше нуля, то есть
волна не затухает, а усиливается. В этом случае о среде с инверсной
заселенностью можно говорить как о среде с отрицательным коэффициентом
поглощения.
      Установим связь между коэффициентом поглощения и инверсной
заселенностью уровней. Перепишем уравнение (1.8) в виде:
            dI
      xv = v .                                                 (1.9)
           I v dx

                                    10

Страницы