ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кинетика населенностей уровней среды под действием накачки в отсутствие генерации из "Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом " Для того чтобы производить оценки энергетических параметров лазерного излучения, необходима информация о коэффициенте усиления активной среды, который в свою очередь определяется инверсной населенностью рабочих уровней среды. [c.28] Физическая модель для расчетов населенности основных лазерных уровней среды строится на основании четырехуровневой модели среды. В случае рассматриваемых ионов неодима в матрице АИГ роль уровня 1 играют штарковские подуровни основного мультиплета /9/2, роль уровня 2 может играть любой из штар-ковских подуровней мультиплетов /ц/2, /13/2, /15/2, роль мета-стабильного уровня 3 — два подуровня мультиплета Рз/2 и, наконец, роль уровня (накачки) 4 играют все вышележащие уровни, включая и / 3/2. Очевидно, что если составить систему уравнений, описывающих кинетику населенностей всех перечисленных уровней, то система будет весьма громоздкой. В нашем случае эту совокупность уровней можно свести к четырем эффективным уровням четырехуровневой схемы лазера. [c.29] Во-первых, как отмечалось в 1.2, время перехода ионов (неодима с основных уровней накачки на нижнем уровне вплоть до метастабильного уровня / 3/2) существенно меньше, чем время жизни метастабильного уровня. Поэтому можно считать, что существует не множество уровней накачки, а лишь один условный уровень. [c.29] Во-вторых, из-за малости энергии расщепления мультиплета / 3/2 (примерно 84 см ) по сравнению с граничной энергией фононов (около 850 см ) время установления теплового равновесия между подуровнями мультиплета значительно меньше времени основных переходов, и поэтому можно считать метастабильный уровень 3 также одиночным. По этой же причине можно считать, что вместо пяти уровней основного мультиплета 1д/2 имеются лишь два нулевой и находящийся на расстоянии 852 см от нулевого уровня. [c.29] И наконец, поскольку в качестве уровня 2 можно брать любой из указанных выше подуровней, то этот уровень также можно считать единственным, с той лишь оговоркой, что его равновесная (тепловая) населенность задается его фактическим положением по закону Больцмана (см. рис. 1.11). [c.29] Уравнения (1.10) описывают баланс населенностей энергетических уровней ионов неодима в активной среде. Их физический смысл вполне очевиден концентрация населенности каждого из уровней возрастает за счет поступления ионов с соседних (нижних или верхних) и убывает за счет ухода ионов с этого уровня на соседние. Фактическое значение населенностей уровней в каждый момент времени определяется соотношением скоростей этих двух процессов. Переходы ионов совершаются как под воздействием колебаний решетки и внутриатомных процессов, так и за счет погло-ш ения излучения накачки. Коэффициент Wn описывает мощность накачки и называется скоростью накачки. Он показывает, какая часть ионов, находящихся на основном уровне в единице объема, переходит вверх за 1 с под воздействием накачки. Величина Wa пропорциональна объемной плотности мощности накачки в активной среде. При всех изменениях во времени концентраций населенностей отдельных уровней их суммарное значение остается постоянным и равным концентрации ионов в активной среде Л/ а. [c.30] С ростом мощности накачки населенности и убывают, а населенности и Л 2 возрастают. Поскольку W2i kT, то кривые графика 1.14,6 (в масштабе графика 1.14,а) проходят вблизи нуля, что отражает слабую заселенность уровней 2 и 4 даже во время накачки из-за малости жизни ионов на этих уровнях. [c.31] Графики зависимости Л з(0 также инверсной населенности N(t)=N3(t)—N2 показаны на рис. 1.16. Из рисунка видно, что не личины Л з и N монотонно нарастают со временем, стремясь каждая к своему пределу с постоянной времени Ti. [c.33] Если накачка действует ограниченное время, то конечные значения Л з и N определяются как длительностью, так и формой действия накачки. [c.33] Дано форма накачки ступенчатая, начиная с / = О, переход Рз/2 (11507 см 1)- 11/2 (2110 см 1), полное усиление света в кристалле за один проход (е а а= 1) /Са/а, Т = 300 К, 71 = 2,5-10-4 с 2=1,8-1015 см- А а = 5-101 см-з 1 Ун = 0,15 с-1 a=8,8-10-i9 см2 Шн = 1,5 с- /а=5 см. [c.33] Вернуться к основной статье