Спонтанное время жизни усиленное

Для действия лазера необходимо не только эффективное заселение верхнего уровня рабочего перехода, но и быстрое опустошение нижнего уровня. В Не—Не-лазере нижние уровни 2р и Зр опустошаются в основном вследствие спонтанных переходов на уровни 1л. Вероятность этих переходов достаточно велика. Так, время жизни уровня 2р и большинства других уровней 2р составляет всего 2-10 с. Однако эффективному опустошению р-уров-ней может препятствовать значительная населенность уровней 1л. Два из них являются метастабильными, но и остальные опустошаются очень медленно вследствие пленения резонансного излучения. Поглощение излучения, испускаемого при спонтанных переходах с уровней 2р и Зр, атомами, находящимися на уровнях 1л, приводит к дополнительному заселению уровней 2р и Зр. Еще большую роль в заселении этих уровней играет электронное возбуждение с уровней 1л, эффективное сечение которого очень велико. Вследствие этого необходимым условием создания инверсной населенности является не слишком высокая концентрация атомов на уровнях 1л. Опустошение этих уровней происходит в основном при столкновениях со стенками разрядной трубки, к которым диффундируют возбужденные атомы. Процесс диффузии протекает тем быстрее, чем меньше диаметр трубки. Именно этим объясняется экспериментально установленная зависимость ненасыщенного коэффициента усиления от диаметра разрядной трубки [c.304]

Прежде чем завершить это общее рассмотрение модуляции добротности, уместно сделать два заключительных комментария. 1) Из вышеприведенного обсуждения ясно, что для осуществления модуляции добротности необходимо иметь достаточно большое время жизни верхнего лазерного состояния, чтобы инверсия населенностей могла достичь больших значений. Обычно время жизни должно быть порядка долей миллисекунды, что реализуется для переходов, запрещенных в электродиполь-ном приближении. Это имеет место для большинства кристаллических твердотельных лазеров (например, на кристаллах Nd YAG, рубина, александрита) и в некоторых газовых (в СОг- и йодном лазерах). Однако в лазерах на красителе и в некоторых газовых лазерах, имеющих важное значение (например, в Не—Ne-или аргоновом лазерах), лазерный переход является электроди-польно разрешенным и время жизни изменяется от нескольких наносекунд до десятков наносекунд. В этом случае метод модуляции добротности неэффективен, поскольку для накопления достаточно большой инверсии не хватает времени. Кроме того, если время жизни т сравнимо со временем tp, необходимым для достижения световым импульсом пикового значения, то значительная доля накопленной к моменту времени t = Q инверсии при > О будет потеряна на спонтанное излучение, а не давать вклад в вынужденное излучение. 2) Представленная на рис. 5.26 временная зависимость модуляции добротности предполагает, что затвор открывается мгновенно, как показано на этом рисунке, или по крайней мере очень быстро по сравнению с временем развития импульса tp (быстрое переключение). В случае медленного переключения могут возникать многократные импульсы (рис. 5.27). Каждый импульс образуется в тот момент времени, когда мгновенное значение усиления g[t) равно мгновенному значению потерь y t). После каждого импульса усиле- [c.286]

В то же время из выражения (2,116) находим, что (при Av = 0) 1/стт(0)Avq. На частотах УФ- и ВУФ-диапазонов при умеренных давлениях можно считать, что ширина линии Avo определяется доплеровским уширением. Следовательно [см, (2,78)], Avo Vo, поэтому dPno /dV увеличивается как (если положить Vp л Vo). При более высоких частотах, соответствующих рентгеновскому диапазону, ширина линии определяется естественным уширением, так как излучательное время жизни становится очень коротким (порядка фемтосекунд). В этом случае Avo Vq и dP JdV увеличивается как v . Таким образом, если мы, к примеру, перейдем из зеленой области (Х = 500 нм) всего лишь в мягкий рентген (X л 10 нм), то длина волны уменьшится в 50 раз, а dP op dV увеличится на несколько порядков С практической точки зрения заметим, что многослойные диэлектрические зеркала в рентгеновской области обладают большими потерями и трудны в изготовлении. Основная проблема состоит в том, что в этом диапазоне разница в показателях преломления различных материалов оказывается очень малой. Поэтому для получения приемлемых коэффициентов отражения необходимо использовать большое число (сотни) диэлектрических слоев, а рассеяние света на столь большом числе поверхностей раздела приводит к очень большим потерям. Поэтому до сих пор рентгеновские лазеры работают без зеркал в режиме УСИ (усиленное спонтанное излучение), [c.434]

Лазеры на красителях с синхронной накачкой. Сущность метода синхронной накачки заключается в модуляции коэффициента усиления активной среды с помощью оптической накачки импульсами, частота следования которых равна или кратна частоте обхода резонатора генерируемым импульсом. Выходное излучение синхронно-накачивае-мого лазера представляет собой непрерывный или ограниченный цуг импульсов, следующих синхронно с импульсами накачки. Для осуществления нестационарной модуляции усиления в активной среде импульсы накачки должны иметь длительность t , существенно меньшую, чем время жизни населенности рабочего уровня Ti, и энергию, превышающую пороговую для самовозбуждения лазера. Режим синхронной накачки эффективен в тех случаях, когда период следования импульсов накачки Ти превышает время жизни рабочего уровня, T Ti. В этой ситуации происходит быстрое формирование импульсов генерации из шумовых затравок спонтанной люминесценции. [c.248]

Началом генерации является спонтанное излучение ионов с ме-тастабильного уровня, которое усиливается, проходя активную среду, и затем с помощью зеркал вновь в нее возвращается, снова усиливается и т. д. Если усиление света превосходит его суммарное ослабление за счет поглощения в среде и потерь на частичное пропускание выходного зеркала, то возникает генерация и лазер начинает излучать наружу свет. Очевидно, что мощность излучаемого света тем выше, чем выше мощность света накачки и чем меньше потери света внутри резонатора. Существует так называемая пороговая мощность накачки, при которой усиление света сравнивается с суммарными потерями, и при малейшем увеличении этой мощности может возникнуть генерация. Необходимо напомнить, что для того, чтобы усиление света всегда превосходило потери, нижний рабочий уровень 2 должен быстро опустошаться, т. е. его время жизни должно быть гораздо меньше, чем время жизни ме-тастабильного уровня. В противном случае начнется накопление ионов неодима на уровне 2 и возрастет поглощение света с этого уровня наверх. Кроме того, время жизни ионов на уровнях накачки также должно быть малым. В противном случае ионы начнут накапливаться на уровнях накачки и инверсия населенности среды (а значит, и коэффициент усиления света) —начнет падать. [c.7]

Наиболее простой путь создания инверсной заселенности осуществляется в трехуровневых системах (рис. 275). На рис. 215, а изображено распределение заселенностей в равновесном состоянии системы. При воздействии на систему излучением больщой мощности с частотой (о = (Ег — Eo)/fi заселенности уровней Ео и Ег при выполнении условия (51.17) практически фавниваются. Допустим, что время жизни атомов-на уровне Ег очень мало и они спонтанно переходят на уровень Е , время жизни на котором у них достаточно велико. Ясно, что атомы на уровне Е будут накапливаться, в результате чего создается инверсная заселенность между уровнями Е и Eq (рис. 275, б) Этот переход может быть использован для усиления света с частотой со = ( ", — Eq) / h. [c.311]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...