КПД лазеров релаксация нижнего уровня

Вероятность этих двух процессов очень большая, поскольку АЕ и АЕ много меньше кТ. Следовательно, населенности трех уровней 10 0, 02°0 и 01 О достигают теплового равновесия за очень короткое время. Это равносильно утверждению, что населенности этих уровней можно описать колебательной температурой Т2. В общем случае температура Гг отличается от Г]. Поэтому нам остается найти скорость релаксации с уровня 01 О на основное состояние 00 0. Если бы она была небольшой, то это вызвало бы накопление молекул на уровне 01 О во время генерации лазера, а затем накопление населенности на уровнях 10 0 и 02 0, поскольку уровень 01 О находится с последними в тепловом равновесии. Таким образом, произошло бы замедление процесса релаксации всех трех уровней, т. е. в общем процессе релаксации переход 01 0 00 0 представлял бы собой узкое место . В связи с этим важно изучить вопрос о времени жизни уровня 01 0. Заметим, что, поскольку переход 01 0 00 0 обладает наименьшей энергией среди всех молекул, присутствующих в разряде, релаксация с уровня 01 О может происходить только путем передачи этой энергии в энергию поступательного движения сталкивающихся частиц (VT-релаксация). Из теории столкновений нам известно, что энергия с большей вероятностью передается более легким атомам, т. е. в нашем случае гелию. Это означает, что время жизни уровня снова определяется выражением типа (6.7), причем коэффициент а, для Не много больше, чем для остальных частиц. При тех же парциальных давлениях, что и в рассмотренном выше примере, время жизни составляет около 20 МКС. Из только что проведенного обсуждения следует, что это же значение времени жизни имеет и нижний лазерный уровень. За счет того, что время жизни верхнего лазерного состояния намного больше, населенность будет накапливаться на верхнем лазерном уровне и условие непрерывной генерации также выполняется. Заметим, что наличие гелия приводит и к другому важному эффекту за счет своей высокой теплопроводности гелий способствует поддержанию низкой температуры СО2 [c.364]

Рассмотрим теперь свойства четырехуровневого лазера (рис. 2.2, б). В четырехуровневой системе устраняются некоторые недостатки, присущие трехуровневому лазеру, возникающие вследствие того, что нижний уровень лазерного перехода является основным уровнем молекулы. Как и в случае трехуровневой системы, под действием накачки система сначала возбуждается на сильно ущиренный уровень 4, с которого затем молекулы переходят на уровень 3 путем быстрых безызлу-чательных процессов релаксации. Однако лазерный переход этого уровня имеет место не на основной уровень, а на возбужденный уровень 2. С последнего затем осуществляются быстрые безызлучательные переходы на основной уровень. Поэтому времена релаксации должны удовлетворять условиям [c.54]

Рубин. Холодильный прибор, использующий в качестве механизма охлаждения антистоксовую флуоресценцию, во многом аналогичен лазеру, запущенном в обратном режиме мощное когерентное строго направленное излучение вносится в активную среду, которая переизлучает почти изотропно и на более высокой частоте широкополосный свет. Многие исследователи именно с этих позиций подходили к выбору перспективной среды для охлаждения. В частности, всего спустя год после наблюдения непрерывной лазерной генерации в рубине [86] уже была высказана возможность оптического охлаждения в районе температур ниже 100 К [48]. Процесс охлаждения предлагалось осуществить по следующей схеме оптическая накачка возбуждает ионы трёхвалентного хрома, находящиеся в основном электронном состоянии и переводит их на нижний уровень — расщепления отсюда при установлении теплового равновесия происходит переход на уровень вверх, с поглощением фонона энергии 29см последующие спонтанные оптические переходы из этих состояний в основное, известные как К и Я2 линии, приведёт к отводу тепла из кристалла. Подробный расчёт этой схемы приведён в посвящённом рубину разделе параграфа 2.4. Но на 1963 год не было подробной информации о процессах, которые препятствовали оптическому охлаждению в рубине. В результате этого невозможно было оценить величину вклада в нагрев процессов многофононной релаксации, процессов релаксации пар (троек, четвёрок) ионов Сг+ , зависимости от времени установления ион-решёточного равновесия, от перепоглощения флуоресцентного излучения. [c.55]

Создание инверсии при помощи релаксационных процессов. Если характерные времена релаксации в лазерной среде по порядку величины сравнимы с длительностью импульса накачки или меньше ее, то они могут сильно влиять на временной ход лазерной генерации. Например, в СОг-лазерах короткий импульс накачки создает почти одинаковую населейность верхнего и нижнего уровней, и лишь в результате релаксационных процессов нижний уровень сильно опустошается, благодаря [c.32]

Предположим, что релаксация нижнего рабочего уровня обусловлена спонтанным испусканием. В этом случае для обеспечения высокой скорости релаксации надо использовать в соответствии с (1.1.16) в качестве нижнего рабочего уровня уровень, расположенный достаточно высоко по отношению к основному. Следовательно, рабочий переход должен иметь место между высоко расположенными уровнями, а это означает, что квантовый выход лазера ц = йш/ возб будет весьма низким. Для типичного газового лазера на атомных переходах, работающего в непрерывном режиме, энергия воаб Ю—20 эВ и величина П, как правило, не превышает 0,1. Использование высоко расположенных рабочих уровней приводит, кроме того, к уменьшению множителей V и / в выражении (1.1.5) для КПД лазера, поскольку существует вероятность возбуждения в процессе накачки низко расположенных дополнительных уровней, а также вероятность релаксации активных центров на эти уровни. Неудивительно, что КПД непрерывных газовых лазеров на атомных переходах оказывается всего лишь порядка 10 . [c.17]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...