Заселенность

Наряду с вынужденным излучением света атомами, находящимися на верхнем уровне е , происходит резонансное поглощение энергии атомами, находящимися на нижнем уровне е . При этом атом поглощает световой квант и переходит на уровень е , что препятствует генерации света. Для генерации когерентного света необходимо, чтобы число атомов на верхнем уровне Ей было больше числа атомов на нижнем уровне e , между которыми происходит переход. В естественных условиях на более высоком уровне при любой температуре всегда меньше частиц, чем на более низком. Для возбуждения когерентного излучения надо принять специальные меры, чтобы из двух выбранных уровней верхний был заселен больше, чем нижний. Такое состояние вещества в физике называется активным или состоянием [c.119]

Усиление света с помощью трехуровневой системы. Рассмотрим трехуровневую систему (рис. 17.4) . Под действием оптического излучения с энергией hv = — Ei атомы переходят из состояния i в состояние 3. Из состояния 3 возможны спонтанные переходы в 2 и в Ех. Из состояния 2, в свою очередь, возможны спонтанные переходы в состояние ,. Чтобы получить инверсную заселенность между уровнями Ei и состояние Е должно быть более долгоживущим по сравнению с 3, т. е. должны удовлетворяться следующие условия [c.383]

Инверсная заселенность уровнен 382 Интенсивность света 8, 27, 51, 52 [c.427]

Значения энергий Е1, как уже сказано, определяются внутренним строением атома и в дальнейшем будут считаться заданными. Что касается заселенностей, то они зависят от условий, внешних по отношению к атому. Если, например, газ находится в состоянии термодинамического равновесия при температуре Т, то заселенности определяются принципом Больцмана [c.731]

Пусть процессы возбуждения обеспечивают неизменную во времени заселенность возбужденных состояний. Это означает, что на смену атомам, испытавшим спонтанные переходы, приходят новые, и газ в целом создает излучение с некоторой постоянной средней мощностью. Для перехода между какими-нибудь определенными уровнями тип средняя мощность спонтанного испускания пропорциональна энергии соответствующего фотона [c.732]

В данной главе будет идти речь главным образом о средах с инверсной заселенностью. Поэтому вместо поглощаемой мощности <7 (сй) и коэффициента поглощения ад(сй) целесообразно ввести новые обозначения для излучаемой мои ности или мощности испускания <7((о) и коэффициента усиления а((о), отличающиеся знаком от д(со) и ад(со) [c.775]

Среду с инверсной заселенностью энергетических уровней, обеспечивающую усиление распространяющегося в ней излучения, принято называть активной средой. [c.775]

Инверсную заселенность уровней можно образовать в газовом разряде при помощи некоторых химических реакций, оптического возбуждения и т. д. О нескольких способах создания активной среды будет сказано ниже ). [c.775]

Описанное явление имеет принципиальное значение для оптических квантовых генераторов, и мы рассмотрим его подробнее. Пусть в среде создана инверсная заселенность уровней т, п. Ради упрощения формул статистические веса состояний т, п будем предполагать одинаковыми gm = gn) В противном случае разность Мт — Л я В последующих выражениях следует заменить на Nn/gn (см. (223.3)). [c.777]

Коэффициент а связан с временами жизни атомов на уровнях т, п. Из сравнения (224.2) и (223.3) можно найти зависимость разности заселенностей и коэффициента усиления (со) от п(со) [c.777]

Этот же термин применяется и к явлению уменьшения разности заселенностей под влиянием вынужденного излучения и поглощения. [c.778]

При анализе эффекта насыщения подразумевалась инверсная заселенность уровней, т. е. N t > Если Nm <С Л/л, ТО соотношения (224.2) — (224.4) остаются в силе, но число переходов с поглощением превышает число переходов с вынужденным испусканием, и в итоге среда не отдает энергию в поле, а получает ее из поля. [c.778]

Когерентное усиление света средой с инверсной заселенностью энергетических уровней определило возможность использовать такую среду для генерации направленного потока монохроматического излучения. [c.779]

Рассмотрим, как будет излучать свет активная среда, помещенная между двумя зеркалами типа используемых в интерферометрах Фабри —Перо (рис. 40.4). Такую систему принято называть активным оптическим резонатором. Пусть возбужденный атом, расположенный в точке А, испускает волну в результате спонтанного перехода между уровнями с инверсной заселенностью. [c.779]

Выше неоднократно подчеркивалось значение резонатора для самовозбуждения генерации лазера. Генерация начинает развиваться, как только инверсная заселенность примет пороговое значение, определяемое потерями энергии в резонаторе. Поэтому целесообразно иметь большие потери на первом этапе освещения кристалла с тем, чтобы задержать начало развития генерации и накопить в освещенном кристалле более высокую концентрацию возбужденных ионов хрома. Можно расположить перпендикулярно пучку только одно зеркало, а другое зеркало или призму полного отражения (рис. 40.9) вводить в рабочее положение лишь после того, как будет достигнута высокая инверсная заселенность. [c.789]

Кратко обсудим процессы, которые обеспечивают инверсную заселенность уровней неона. [c.793]

Положение изменяется, если в разрядную трубку ввести гелий. Гелий обладает двумя долгоживущими (метастабильными) состояниями a, 3, показанными на левой части рис. 40. 11 эти состояния возбуждаются при столкновениях с электронами, и ввиду большой длительности их существования, концентрация метастабиль-ных атомов гелия в разряде очень велика. Энергии 0, 2 мета-стабильных состояний гелия очень близки к энергиям 3, Е неона, что благоприятно для передачи энергии возбуждения от гелия к неону при их столкновениях. Эти процессы символизируются горизонтальными пунктирными стрелками. В результате концентрация атомов неона, находящихся на уровнях 3, 2, резко увеличивается, и возникает инверсная заселенность уровней 3 и 4, а разность заселенностей уровней , и 4 увеличивается [c.793]

В предыдущих параграфах, посвященных описанию принципа действия и конкретных схем лазеров, основное внимание концентрировалось на энергетической стороне дела, а именно, на методах образования достаточно большой инверсной заселенности и на усилении поля в активной среде. Существенную роль при этом играл резонатор, зеркала которого отражали падающий на них свет в активную среду и тем самым способствовали достижению порога генерации. Однако, помимо указанной функции, резонатор выполняет и другую — формирует пространственно когерентное и монохроматическое излучение. [c.794]

Переход от одного режима к другому достигается изменением величины инверсной заселенности уровней. [c.799]

Существуют режимы работы оптических квантовых генераторов, в которых выходящее из них излучение имеет вид последовательности эквидистантных, относительно коротких импульсов света. На рис. 40.19 приведена зависимость от времени мощности излучения лазера ), введенного в такой режим. Продолжительность каждого импульса составляет примерно 5-10" с ), а интервал времени между последовательными импульсами точно равен длительности одного цикла Т = 2Ыс (в данном случае 6,8-10 с). Полное число импульсов определяется временем существования инверсной заселенности уровней иона неодима. [c.811]

Сварные соединения аппаратов можно рассматривать как наиболее заселенные дефектами. К дефектам сварных соединений (табл. 3.2) относят разного рода отклонения от установленных норм и технических требований, которые уменьшают прочность и эксплуатационную надежность сварных соединений и могут привести к разрушению всей консфук-ции. Наиболее часто встречаются дефекты формы и размеров сварных швов, дефекты макро- и микроструктуры, деформа ции и коробление сварных конструкций. [c.130]

Ячейки Керра применяются и в лазерной технике при генерации гигантских импульсов . Для этой цели затвор Керра помещается между одним из зеркал резонатора и торцом рубина. При включении ячейки Керра самовозбуждение затрудняется, что приводит к увеличению разности заселенности уровней (т. е. возбужденных атомов), необходимых для возникновения генерации. Затем, выключив ячейку Керра, можно получить мощ1юе излучеиие — гигантские импульсы . Например, используя ячейку Керра, можно заставить вьтсветиться импульс света с энергией К) Дж, генерируемый в твердотельном лазере за время порядка 10 с при этом высвечивается мощность 10 Вт = 1 ГВт. [c.292]

Инверсная заселенность уровней. Как увидим в дальнейшем, систему, энергетические уровни которой удовлетворяют определенным условиям, можно перевести в состояние с инверсной населенностью уровней. Процесс перевода системы в инверсное состояние называется накачкой. Накачку можно осуществить оптическими, электрическими и другими способами. При оптической накачке атомы, поглощая излучение, переходят в возбужденное состояние. При электрической накачке (например, в газообразной среде) атол ы переходят в возбужденное состояние благодаря неупругим столкновениям атомов с электронами в газовом разряде. В этой связи следует еще раз отметить идею В. А. Фабриканта, выдвинутую в 1939 г., сущность которой заключалась в том, чтобы с помощью спеи,иальных молекулярных примесей избирательно исключить некоторые нижние энергетические состояния, в результате чего осуществилась бы инверсная заселенность. [c.382]

Инверсное состояние иногда называют состоянием с отрицательной температурой . Происхождение этого формального названия М0Ж1Ю объяснить, пользуясь формулой Больцмана, которая определяет относительную заселенность энергетических уровней С1кле. ы, находящейся в термодинамическом равновесии. В этом случае, как следует из (17.4), [c.382]

В 1954 г. вьп1ужденное излучение было обнаружено Н. Г. Басовым, А. М. Прохоровым и независимо Таунсом в микроволновой области спектра и использовано для создания мазера, а в 1960 г. появились первые лазеры, которые генерировали в видимой области. Во всех этих сисггемах исгюльзуется тот или иной способ дополнительного (неравновесного) заселения генерирующих уровней — оптическая накачка, избирательное электронное возбуждение и др. [c.430]

Формально такое неестественрюе распределение атомов по энергетическим уровням, называемое инверсией заселенности, может бьггь характеризовано введением некой отрицательной температуры. Однако представляется сомнительной целесообразность использования такого термина для описания этого сугубо неравновесного процесса. Важно отметить, что для создания инверсной среды всегда требуется дополнительная энергия, необходимая для перекачки атомов на избранные возбужденные уровни, заселенность которых затем уменьшается в основном за счет вынужденного излучения. В определенных у( ловиях опыта этот процесс может быть использован для когерентного усиления сигнала или генерации почти монохроматического излучения. [c.430]

Соотношение (211.2) означает, очевидно, равенство числа актов возбуждения (Ш ) и числа актов ухода из состояния / (Л ,/т,) за единицу времени. Величина Wi зависит от особенностей того способа, которым осуществляется возбуждение атома. Это может быть столкновение атома с электроном в газовом разряде, сопровождающееся передачей энергии поступательного движения внутренним степеням свободы атома, либо приобретение энергии атомом при диссоциации молекулы, либо химическая реакция, продукты которой оказываются в возбужденном состоянии, и т. д. С некоторыми способами возбуждения мы познакомимся позже (см. 212 и гл. XXXIX и ХЕ). В данном же параграфе заселенности также предполагаются заданными известными величинами. [c.731]

Отнощение заселенностей МтШ уровней тик может изменяться в чрезвычайно широких пределах в зависимости от условий, реализующихся в источниках света. Можно сказать поэтому, что отличия в распределении интенсивности по спектральньш линиям в раз- [c.733]

Соотношение между концентрациями атомов, соответствующее неравенству NJgm > N Jgn, называют инверсной заселенностью энергетических уровней т, п. [c.775]

В качестве меры мощности процесса возбуждения, приводящего к инверсной заселеннее и пока неконкретизируемого, можно принять величину разности заселенности N 0 — Мпо, которая возникает в отсутствие излучения. Энергия, запасенная в среде и способная перейти в энергию излучения в результате вынужденных переходов, пропорциональна, очевидно, величине Ны[М,по — — Nno При достаточно больших значениях п(о)) вся указанная энергия превратится в энергию излучения, и взамен соотношений (223.3) будет выполняться равенство [c.777]

Для создания активной среды необходимо селективное возбуждение ее атомов, обеспечивающее инверсную заселенность хотя бы одной пары их энергетических уровней. Возможны различные способы создания -инверсной заселенности. Поскольку в предшествующем изложении подробно обсуждались процессы излучения и поглощения света, начнем с описания оптического метода селективного возбуждения атомов среды ). Примером оптического квантового генератора, в котором используется оптический метод возбуждения, может служить рубиновый лазер. Отметим, что этот генератор был исторически первым квантовым генератором, излучающим в видимой области спектра (Мейман, 1960 г.). [c.784]

На рис. 40.8 показаны осциллограммы интенсивности световых вспышек рубинового лазера и возбуждавшей его генерацию ксеноновой лампы. Для того чтобы эти две осциллограммы не накладывались друг на друга, ординаты одной из них (лазерной) отсчитываются вверх от горизонтальной оси временной развертки, а другой — вниз. Из сравнения осциллограмм видно, что генерация в рубине начинается не одновременно с началом световой вспышки ксеноновой лапмы, а только после обеспечения достаточной инверсной заселенности рабочих уровней ионов хрома. Излучение [c.787]

Срезы торцов рубинового стержня, используемого в данном случае, делаются косыми и, разумеется, неметаллизированными для того, чтобы при высокой инверсной заселенности уровней, т. е. при высоких значениях коэффициента усиления, сам кристалл не стал оптическим резонатором. [c.790]

Для метода оптического возбуждения существенно использование не менее трех энергетических уровнений атома (см. рис. 40.5). Важно также, чтобы уровень был долгоживущим (в трехуровневой системе), а уровни Ез — широкими. В самом деле, при использовании только двух энергетических уровней невозможно создать их стационарную инверсную заселенность за счет оптического возбуждения. Нарастание плотности потока возбуждающего излучения будет увеличивать и число актов поглощения фотонов, и число актов их индуцированного излучения. В результате даже при бесконечной мощности излучения заселенности энергетических уровней станут всего лишь одинаковыми, и их инверсная заселенность не будет достигнута. В том, что разность заселенностей — N2 не может изменить знак, легко убедиться при помощи общего выражения (224.3) для этой величины. [c.791]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...