ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Условие инверсии для четырехуровиевой модели из "Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения " Условие инверсии для четырехуровневой модели (стационарная накачка). На рис. [c.10] Поясним, как получается, например, уравнение (1.1.6а). Скорость возрастания заселенности уровня 3 равна числу переходов О 3 в единицу времени в единице объема, т. е. равна з о- Скорость убывания указанной заселенности равна сумме чисел переходов 3- 2 и 3— О, т. е. равна ( з+ з) з- В стационарном случае скорости возрастания и убывания заселенности уровня должны компенсироваться отсюда следует (1.1.6а). [c.10] Иначе говоря, полная вероятность очищения нижнего рабочего уровня должна быть больше вероятности его заселения, происходящего в результате спонтанных переходов с верхнего рабочего уровня. [c.11] На практике для создания инверсии достаточно обеспечить выполнение хотя бы одного из указанных двух неравенств. В связи с этим важно обратить внимание на тот факт, что инверсия может быть реализована не только за счет преимущественного заселения верхнего рабочего уровня (по сравнению с нижним), но и за счет преимущественного очищения нижнего рабочего уровня. Таким образом, при рассмотрении методов накачки необходимо принимать во внимание соотношение между вероятностями механизмов заселения и очищения рабочих уровней. [c.12] Механизмы заселения уровней (механизмы возбуждения). [c.12] Поглощение свети оптическая накачка.) При использовании излучения накачки со специально подобранным спектром частот можно обеспечить высокую селективность оптического возбуждения за счет преимущественного заселения верхнего рабочего уровня Р Рх. [c.12] Неупругие столкновения со свободными электронами, при которых часть кинетической энергии электрона передается активному центру (электронное возбуждение). Возбуждающие свободные электроны могут создаваться либо в самостоятельном (самоподдерживающемся) электрическом разряде в газе, либо за счет использования ионизирующего излучения в сочетании с внешним электрическим полем, ускоряющим электроны (несамостоятельный разряд). В последнем случае говорят об электроионизацион-ной накачке. При электронном возбуждении неравенство (1.1.14), как правило, не выполняется ) часто имеет место неравенство Р 1. [c.12] Рекомбинационная накачка — возбуждение уровней. в результате рекомбинации электронов и ионов в специально приготовленной плазме. При применении данного метода возбуждения неравенство (1.1.14) может не выполняться. [c.13] Тепловая накачка — возбуждение уровней за счет нагрева активной среды. В этом случае Р . Рх. [c.13] Механизмы очищения уровней (механизмы релаксации). [c.13] Неупругие столкновения со вспомогательными атомами и молекулами, при которых происходит передача энергии от активного центра к атому (молекуле). Различают два механизма передачи энергии — резонансный и газокинетический. В первом случае происходит юзбуждение определенных уровней атома или молекулы избирательность этого механизма достаточно высока (7 1 ). Во втором случае происходит юзрастание кинетической энергии атома или молекулы. Газокинетический механизм передачи энергии является, по сравнению с резонансным, существенно менее избирательным и, кроме того, более медленным. [c.14] Как частный случай отметим девозбуждение при столкновениях активных центров со стенками резервуара, внутри которого находится активная среда (пристеночное девозбуждение). [c.14] Снятие возбуждения при адиабатическом расширении газоюй активной среды при этом энергия возбуждения активных центров превращается в кинетическую энергию частиц быстро расширяющегося газа. Данный механизм позволяет реализовать высокую селективность накачки за счет преимущественного очищения нижнего рабочего уровня (/ 1 7 ). [c.14] Химическое девозбуждение за счет использования специально подобранных химических реакций при этом возможна высокая степень избирательности Я / ). [c.14] Передача энергии возбуждения коллективным движениям в среде] в частности, передача энергии фононам (увеличение энергии колебаний атомов в кристаллической решетке). [c.14] Представленная картина физических механизмов возбуждения и релаксации уровней не является исчерпывающей в дальнейшем она будет дополнена. Заметим, что большинство отмеченных механизмов связано с неоптическими переходами в веществе ). [c.14] Классификация лазеров с учетом различных методов накачки. Традиционно лазеры классифицируют по типу активной среды, распределяя их по четырем основным группам газовые, жидкостные, твердотельные, полупроводниковые. Более точная классификация должна учитывать не только тип активной среды, но и используемый метод накачки. Подобная классификация приводится на рис. 1.3 ). В схеме на рисунке указываются типы накачки оптическая, с использованием самостоятельного электрического разряда, электроионизационная, тепловая, химическая, рекомбинационная. Эти типы накачки отмечались выше при перечислении физических механизмов возбуждения. Надо, однако, иметь в виду, что вопросы создания инверсии должны рассматриваться с учетом не только процессов возбуждения, но и процессов релаксации энергетических уровней. [c.15] Заметим, что в некоторых типах лазеров избирательность релаксации рабочих уровней играет особо важную роль в создании инверсии (в этих лазерах Я). Так, например, в ионных лазерах принципиально важно относительно быстрое радиационное очищение нижних рабочих уровней, в молекулярных и электроионизационных важна релаксация нижних рабочих уровней за счет неупругих столкновений, а в газодинамических лазерах — за счет адиабатического расширения газа. Особо важная роль процессов релаксации в отдельных типах лазеров отмечена на рис. 1.3. Впрочем, избирательность очищения рабочих уровней играет большую роль и в других типах лазеров (например, плазменных и химических). [c.15] Следует также принимать во внимание режим генерации. Вопросы очищения уровней приобретают особую остроту в случае непрерывной генерации (стационарная инверсия), тогда как в импульсных лазерах на первый план выдвигаются обычно вопросы, связанные с избирательностью заселения рабочих уровней. [c.15] Некоторые проблемы, возникающие при непрерывной генерации столкновительные лазеры. Выше отмечалось. [c.15] Вернуться к основной статье