Заселенность уровней

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]

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]

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]

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]

Кратко обсудим нелинейные явления, приводящие к возникновению сверхкоротких импульсов в лазерах с поглощающим элементом внутри резонатора. Пусть создана инверсная заселенность уровней в активном элементе лазера и происходит усиление спонтанного излучения. Ввиду случайного характера актов спонтанного испускания амплитуда поля хаотически изменяется во времени и от точки к точке ) (рис. 40.20, а). Амплитуда поля имеет вид набора случайных по величине и случайно расположенных выбросов . На перво,VI этапе развития генерации, когда мощность излучения еще невелика, фильтр ослабляет все выбросы в равной мере. С течением времени все большее число атомов возбуждается, и энергия [c.814]

В 157, 224 мы познакомились с причиной первого типа — с изменением разности заселенностей уровней, обусловленным поглощением, вынужденным испусканием и конечной продолжительностью возбужденных состояний. Если изменения заселенностей сравнительно невелики, то из соотношения (224.3) видно, что [c.833]

Кванты света поглощаются, а частицы переходят из состояния с энергией Ео в состояние с энергией Е2. Такое заселение уровня 2 получило название оптической накачки. Инверсия населенности здесь может быть получена либо между уровнями 2 и El (т. е. П2>П]), либо между уровнями 1 и о( 1> о)- В первом случае усиление возникает на переходе Ет Еи во вто- Рис. 9.9. Трехуровневая ром — на переходе Ei- Eo. Ясно, что для схема переходов создания инверсной населенности между [c.317]

Рассмотрим газ, состоящий из одинаковых атомов. Согласно теории Бора каждый из атомов может находиться в определенном стационарном состоянии 1, 2, 3,. .. и характеризоваться своим значением энергии Е], 2, 3,. ... Среднее значение атомов, находящихся в состоянии 1 и обладающих энергией ,, называется заселенностью уровня I. Заселенность уровня зависит от внешних условий. Если, например, газ находится в состоянии термодинамического равновесия при температуре Т, то заселенность определяется распределением Больцмана [c.142]

Зеркальная симметрия интенсивностей поглощения и флуоресценции вытекает из зеркальной симметрии спектров. Интенсивности поглощения или флуоресценции с определенными частотами, соответствующими переходам между энергетическими уровнями нормального и возбужденного состояний, зависят от распределения молекул по этим уровням (от степени заселенности уровней обеих систем) и величины вероятностей переходов между уровнями этих систем. Поэтому симметрия интенсивностей требует вполне однозначных соотношений между распределением молекул по колебательным уровням нормального и возбужденного состояний и определенных соотношений вероятностей прямых и обратных электронных переходов. [c.253]

Особенностью процесса оптического возбуждения двухуровневой системы является невозможность перевести в возбужденное состояние более половины частиц и, следовательно, невозможность создать инверсную заселенность уровней. Действительно, при и— оо из (35.17) и (35.18) видно, что П1 = П2 = п12. Этот результат непосредственно связан с наличием вынужденного испускания. [c.274]

МНОГО атомов гелия. Энергии уровней гелия 2 и 3 близки к энергиям уровней Ег и 3 неона. Благодаря этому при столкновениях возбужденных атомов гелия с невозбужденными атомами неона происходит резонансная передача энергии от атомов гелия к атомам неона (что показано на рис. 35.16 пунктирными горизонтальными стрелками). Потерявшие энергию атомы гелия безызлучательно переходят в невозбужденное состояние. Этот процесс приводит к сильному возрастанию концентрации атомов неона на уровнях Е% 3 и возникает инверсная заселенность уровней 3 и 1, а разность заселенностей уровней 2 и 1 увеличивается в несколько раз. [c.290]

Заселение уровня 4 осуществляется в результате следующих двух процессов столкновений молекул СО2 с электронами и резонансной передачи энергии от молекул азота к молекулам углекислого газа. Добавление гелия в рабочую смесь лазера СО2 приводит к увеличению разности заселенностей рабочих уровней, так как гелий эффективно обедняет нижние уровни 2 и 3. Добавление гелия приводит также к снижению температуры смеси, что уменьшает скорость безызлучательной релаксации уровня 4 и увеличивает выходную мощность лазера. Следует отметить, что СОг-лазер является самым мощным ). Его выходная мощность может достигать 1 МВт в непрерывном режиме. [c.291]

Среди молекулярных лазеров значительное место занимают газодинамические лазеры. Для генерации излучения в газодинамическом лазере предварительно нагретый газ очень быстро охлаждают путем приведения его в движение вплоть до сверхзвуковых скоростей. Принципиальная схема газодинамического лазера приведена на рис. 35.18. Вначале рабочий газ в нагревателе 1 нагревают до высокой температуры, затем он поступает в сопло 2, где ускоряется и охлаждается. При этом из-за различных скоростей дезактивации молекул с разным запасом энергии в газе может образоваться инверсия заселенностей уровней энергии, когда концентрация более возбужденных молекул превышает концентрацию менее возбужденных. Далее этот газ попадает в резонатор 3, состоящий из двух зеркал, параллельных потоку. В резонаторе часть энергии, связанная с инверсией заселенностей уровней, превращается в направленное когерентное излучение, которое выходит через] полупрозрачное зеркало 4, образуя лазерный луч 5. [c.292]

Как известно, наряду со спонтанными переходами частиц вещества возможны вынужденные переходы (переходы, инициированные излучением). Процессы вынужденного испускания будут преобладать над встречными процессами резонансного поглощения, если обеспечена инверсия заселенностей уровней частиц (если верхние уровни заселены более плотно, чем нижние) в этом случае генерируется вынужденное излучение. По своим свойствам, например по степени монохроматичности и направленности, вынужденное излучение существенно отличается от спонтанного (люминесцентного). Оно обладает более высокой когерентностью, нежели люминесцентное излучение. [c.186]

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]

При данном давлении смеси существует оптимальная сила разрядного тока опт, которая тем меньше, чем больше давление смеси. Падение усиления при больших токах связано с ростом концентрации электронов и эффективным заселением уровней 2р Ър путем ступенчатого возбуждения электронами через уровни 1а. Поскольку с увеличением давления смеси концентрация электронов возрастает, оптимальными оказываются меньшие значения силы разрядного тока. [c.305]

При низкой температуре молекулярные магниты устанавливаются в сильном магнитном поле, как показано на рис. 23, а, т. е. приходят в состояние с наименьшей энергией (или, как говорят, в системе заняты преимущественно более низкие энергетические уровни). При сообщении системе магнитов энергии (приводящей к увеличению ее температуры) уже не все магниты ориентируются по напряженности поля, и чем большую энергию получает система, тем более беспорядочным будет распределение магнитов. Наступает такой момент, когда беспорядочность становится полной — система полностью утрачивает намагниченность. Это соответствует температуре Т= + со, характеризующей равномерное распределение частиц по всем энергетическим уровням (рис. 23,6). Продолжая сообщать энергию системе, можно достигнуть того, что элементарные магниты ориентируются против напряженности внешнего поля (рис. 23, в) так, что возникает преимущественная заселенность верхних энергетических уровней (инверсная заселенность уровней). В этом состоянии внутренняя энергия системы больше, чем при бесконечно высокой температуре, и, следовательно, система имеет отрицательную температуру. [c.139]

Если равновесные состояния с инверсной заселенностью энергетических уровней и, следовательно, с отрицательной абсолютной температурой можно получить только у необычных систем, которыми являются лишь спиновые системы, то стационарные неравновесные состояния с инверсной заселенностью уровней можно непрерывной подкачкой создать и у обычных систем. Это осуществляется в таких усилительных установках, как мазеры. Очень часто, говоря об инверсной заселенности энергетических уровней, употребляют понятие отрицательной абсолютной температуры, однако это лишь условное терминологическое понятие, поскольку инверсная заселенность уровней еще не есть состояние с отрицательной температурой. Необходимо, чтобы система находилась в равновесном состоянии при инверсной заселенности уровней, как это наблюдается в спиновых системах. [c.141]

Нетрудно видеть, что инверсная заселенность уровней возникает вблизи / -и-перехода, включенного в проходном направлении. При соответствующих характеристиках р-и-перехо-да протекающий сквозь него ток возбуждает испускание света. [c.364]

Этого недостатка лишена четырехуровневая система рис. 32, б, в которой генерация осуществляется за счет переходов между мета-стабильным уровнем 3 и незаселенным уровнем 2. Для выполнения этого условия частицы не должны переходить с уровня / на уровень 2 вследствие взаимодействия с тепловыми колебаниями решетки матрицы. При выполнении этого условия заселенность уровня 2 очень мала и эффект генерации наблюдается при малой интенсивности накачки. Четырехуровневую систему реализуют, используя в качестве активаторов ионы редкоземельной группы элементов периодической системы. [c.64]

В частном случае равновесного заселения уровней k Vi I по закону Больцмана [c.408]

Процессы, ведущие к заселению уровня [c.429]

Каждый из элементарных актов заселения и опустошения может быть описан соответствующим выражением через вероятности переходов или эффективные сечения. Так, числа спонтанных, индуцированных и поглощающих переходов в единицу времени в единице объема, ведущих к заселению уровня k, выражаются формулами (2) 71, которые мы теперь перепишем в виде [c.430]

Следует считать, что возбуждение этих уровней происходит с нормального уровня (рис. 230), так как при сравнительно невысокой температуре опыта (600° С) равновесная заселенность уровня 6 2Рз/2 мала. Таким образом, мы получаем, что [c.435]

Прямые измерения, проведенные по методу аномальной дисперсии, показывают. что прибавление аргона не меняет значений чисел Таким образом, изменение интенсивностей линий при добавлении аргона происходит из-за изменения заселенности уровней и которое вызывается либо [c.435]

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]

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]

Стимулированный аналог спонтанного комбинационного рассеяния, называемый вынужденным комбинационным рассеянием (или, сокращенно, ВКР), также заключается в исчезновении фотона Лео и испускании фотона ЙЫ5, но вероятность этого процесса пропорциональна плотности потока и возбуждающего (/) и рассеянного излучения. Благодаря этому процессу, рассеянное излучение с частотой 0)5 усиливается в рассеивающей среде по экспоненциальному закону, подобно усилению света в среде с инверсной заселенностью уровней в результате эйнщтейновского вынужденного испускания (см. 223). [c.855]

Примерный ход зависимостей и 2 от Дмцак, т. е. от интенсивности внешнего возбуждающего излучения, представлен на рис. 35.6. Число частиц на уровне 3 согласно (35.23) ничтожно мало, т. е. уровень 3 является своеобразным перевалочным пунктом, на котором частицы долгое время не задерживаются. Из рисунка видно, что по мере роста ц ак значение 2 быстро растет, а значение 1 уменьшается. В отличие от двухуровневой системы в данном случае число частиц на исходном уровне 1 может снизиться до нуля, а все п частицы могут сосредоточиться на метастабильном уровне 2. После точки пересечения кривых 2( пак) и [( нак) возникает инверсная заселенность уровней ( 2> 1)- Кривые пересекутся при [c.276]

Упрощенная схема энергетических уровней гелия и неона приведена на рис. 35.16. Генерация происходит между уровнями неона, а гелий добавляется для увеличения эффективности накачки. Возбуждение атомов неона происходит в результате их столкновений с электронами газоразрядной плазмы, что отмечено на рис. 35.16 пунктирными вертикальными стрелками. При определенном режиме разряда этот процесс может привести к инверсной заселенности уровней Е и Дг, что даст генерацию с 2=1150 нм. Однако заселенность уровней 3 и Е, а также уровней 3 и 4 остается неинверсной. [c.289]

Спонтанная люминесценция может описываться различными схемами переходов. Наряду со схемой, показанной на рис. 8.1, б, могут быть реализованы схемы, показанные на рис. 8.1, S, г. Все они согласуются с правилом Стокса. Заметим, что четырехуровневая схема, представленная на рис. 8.1, г, широко используется для осуществления лазерной генерации. В SToii схеме достаточно легко реализуется инверсная заселенность уровней 1 и 2. [c.188]

Отношение интенсивностей линий вдоль бальмеровской серии / (HJ / (Нр) / (Н ). .. в испускании зависит от степени заселенности уровней и, следовательно, будет принимать разные значения в зависимости от способа возбуждения атомов [ ]. В случае линий других атомов с нормальной [L, 5]-связью задачу можно рассматривать с точки зрения векторной модели, в результате чего получаются формулы интенсивностей, приведенные в 74. [c.426]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...