Инверсия активной среды

Инверсия активной среды как необходимое условие генерации лазера. Излучение лазера рождается на переходах между определенными энергетическими уровнями активных центров их называют рабочими уровнями. Отнесенные к единице объема активной среды заселенности рабочих уровней будем обозначать через Пх нижний рабочий уровень) и Пг верхний рабочий уровень). Разность [c.7]

Обеспечение инверсии активной среды является необходимой предпосылкой для реализации в лазере режима генерации. Напомним, и пространственно-однород- [c.8]

Говоря о принципиально важных элементах лазера, следует отметить наряду с активной средой и системой возбуждения (системой накачки) также оптический резонатор. Для возникновения генерации в лазере необходимо, чтобы инверсия активной среды обеспечила превышение усиления над суммарными потерями в резонаторе. Изменяя уровень и характер потерь в резонаторе, можно осуществлять управление процессом генерации. В соответствии со спецификой используемого в лазере резонатора генерируется излучение, поле которого имеет определенную спектральную и пространственно-временную структуру. Формирование поля излучения с определенной структурой — принципиальная функция оптического резонатора в лазере. [c.90]

При однородном уширении линии Хо (со)] эффект выгорания дыр не наблюдается. Предположим, что при достаточно высоких потерях лазер генерирует лишь центральную продольную моду. Поскольку вклад в излучение этой моды вносят в данном случае все активные центры, то в результате происходит глобальное изменение профиля линии X (со) (рис. 2.81). Таким образом, возбуждение одной (центральной) моды приводит к глобальному обеднению инверсии активной среды, что, в свою очередь, препятствует возбуждению других мод. [c.226]

Инверсия активной среды 7, 11 [c.432]

Импульсные газоразрядные лазеры составляют один из наиболее важных классов ОКГ. Генерацию в импульсном режиме можно получить со значительно большей мощностью, на значительно большем числе активных сред и переходов и в более широкой области спектра, чем в непрерывном режиме. Это объясняется возможностью вкладывать большие мощности в накачку, так как при кратковременной работе лазера трудности, возникающие с необходимостью отвода тепла, отпадают. При малых длительностях импульса нижний рабочий уровень еще не успевает заселиться, и можно получать инверсию на таких переходах, на которых стационарная инверсия в принципе невозможна. [c.48]

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ ЛАЗЕР — лазер, в к-ром активной средой являются молекулярные газы (наир., Oj, N2, D2), а инверсия населённостей осуществляется в системе электронных уровней молекул (напр., Nj-лазер) или колебат. уровней (напр., СОа-лазер, см. Молекулярные спектры). По способу создания инверсии населённости (накачки) в М. л. различают газодинамические лазеры (СОа), газоразрядные лазеры, в т. ч. эксимерные лазеры. [c.206]

Рабочая смесь в СО-лазере включает помимо активной молекулы СО ряд дополнительных компонент N2, Не, О2, Хе. Наличие азота в смеси, так же как и в СО2-лазере, приводит к более эффективному заселению верхних лазерных уровней и облегчает получение инверсии. Роль гелия в активной среде СО-лазера сводится к повышению теплопроводности. Так же как и в случае СО2-лазеров, он является основным компонентом смеси в системах с диффузионным охлаждением. Небольшое количество кислорода вводится в СО-лазеры для обеспечения стабильности состава рабочей смеси. С этой же целью применяется и Хе. [c.153]

Как только достигнута критическая инверсия, генерация разовьется из спонтанного излучения. Действительно, фотоны, которые спонтанно испускаются вдоль оси резонатора, будут усиливаться. Этот механизм и лежит в основе лазерного генератора, называемого обычно просто лазером. Однако теперь слово лазер широко применяется к любому устройству, испускающему вынужденное излучение — будь то в дальнем или ближнем ИК-, УФ- и даже в рентгеновском диапазонах. В таких случаях мы будем говорить соответственно об инфракрасных, ультрафиолетовых и рентгеновских лазерах. Заметим также, что названия твердотельный, жидкостный и газовый лазер определяются агрегатным состоянием активной среды. [c.15]

Тогда с этого уровня атомы будут релаксировать с переходом на более низкий уровень 2. Если такая релаксация происходит достаточно быстро, то уровень 3 остается практически незаселенным. В этом случае, для того чтобы населенности уровней 1 и 2 сделать одинаковыми, на уровень 2 нужно перевести половину атомов Nt, расположенных первоначально на основном уровне. Инверсию населенностей будет создавать любой атом, переведенный на верхний уровень сверх этой половины от общего числа атомов. Однако в четырехуровневом лазере, поскольку уровень 1 первоначально был также незаселенным, любой атом, оказавшийся в возбужденном состоянии, будет давать вклад в инверсию населенностей. Эти простые рассуждения показывают, что по возможности следует искать активные среды, работающие по четырехуровневой схеме. Для получения инверсии населенностей возможно, разумеется, использование н большего числа энергетических уровней. [c.17]

Лазерный резонатор состоит из двух зеркал с коэффициентами отражения / 2 = 1 и / 1 = 0,5. Длина активной среды I = 7,5 см, а сечение перехода а = 3,5-lQ- см . Вычислите пороговую инверсию населенностей. [c.24]

При достаточно высоком коэффициенте усиления возможно снятие инверсии активной среды за один проход. Такие лазеры могут работать без зеркал — в режиме сверхсеетимостц. [c.103]

При неоднородном уширении линии Хц (со) в рабочих переходах будут участвовать лишь те активные центры, которые вносят вклад в пределах частотного интервала вблизи о, отвечающего центральной продольной моде. В результате будет происходить селективное (избирательное) снятие инверсии активной среды в пределах указанного частотного интервала в этом случае на профиле кривой, описывающей частотную зависимость коэффициента усиления, появится провал (как говорят, выгорит дыра ). Сказанное поясняет рис. 2.80, а, на котором штриховой линией показана неоднородно уширенная линия Хд (со), а непрерывной кривой — линия Кнас ( ) Согласно (2.12.3) [c.225]

Коэффициенты р , б т, ст , р и т т для газового лазера рассчитаны Лэмбом ). При расчете предполагалось, что активная среда может рассматриваться как двухуровневая система, обладающая инверсной населенностью. Величины коэффициентов, входящих в соотношения (11.4.8), зависят от собственных частот резонатора от степени инверсии населенности, от времени релаксации верхнего и нижнего рабочих уровней и от ширины линии поглощения. С учетом (11.4.8) укороченные уравнения для амплитуды и фазы я-й моды лазера примут вид [c.362]

Твердые вещества имеют широкие полосы поглощения и для накачки целесообразно использовать газоразрядные лампы с широким спектром излучения. Газообразные вещества имеют относительно узкие и весьма интенсивные линии поглощения и возбуждаются нередко с помощью газового разряда в самой активной среде, — т. е. в газе. Для газовой смеси удается получить высокую инверсию населенности при определенном режиме газового разряда. К таким средам относятся смеси гелия и неона, гелия и ксенона, неона и кислорода, аргона и кислорода и др. Обычно газовая среда состоит из двух газов, в которой активным является один из газов, а второй лишь используется для не-, редачи энергии накачки к частицам активного газа например, в ге-лийнеоновом ОКГ в состав смеси входит гелий Не и неон Ne в соотношении 10 I давление составляет 1 мм рт. ст. Источником стимулированного излучения служат атомы неона. Возбуждение достигается либо с помощью высокочастотного генератора, либо с помощью тлеющего разряда в трубке при высоком постоянном напряжении. Возбужденные атомы гелия с большим временем жизни, 1000 мксек, передают при столкновениях свою энергию атомам неона. В смеси азота с углекислым газом излучательные переходы совершаются между уровнями молекул СОз, а возбужденные атомы азота лишь передают свою энергию углекислому газу. В генераторах на аргоне генерация возникает при дуговом разряде в аргоне. Возможно использование и других газов. — [c.223]

С самоограниченными переходами время существования инверсии всего несколько наносекунд. За это время свет проходит путь менее одного метра, и если вся длина активной среды больше такого пути, то при одновременном ее возбуждении усиливаемый сигнал к моменту окончания инверсии проходит только часть среды, остальной его путь оказывается уже в поглощающей среде. Устраняется это тем, что в системе возбуждение электрического разряда — пробой по длине активной среды — производят в разное время. Для этого создается волна пробоя, распространяющаяся вдоль активной среды со скоростью, близкой к скорости света. В случае, когда за время генерации свет проходит путь, меньший, чем расстояние между зеркалами резонатора, резонатор практически становится уже ненужным. Весь процесс генерации развивается за один проход, при этом имеет место режим сверхсветимости. [c.51]

СПОСОБНОСТЬ [вращательная — отношение угла поворота плоскости поляризации света к расстоянию, пройденному светом в оптически активной среде излучательная — отношение светового потока, испускаемого светящейся поверхностью, к площади этой поверхности и к интервалу частот, в котором содержится излучение отражательная — отношение отраженной телом энергии к полной энергии падающих на него электромагнитных волн в единичном интервале частот поглощательная— отношение поглощенного телом потока энергии электромагнитного излучения в некотором интервале частот к потоку энергии падающего на него электромагнит-, ного излучения в том же интервале частот разрешающая прибора — характеристика способности прибора (оптического давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта спектрального давать раздельные изображения двух близких друг к другу по длинам волн спектральных линий) тормозная — отношение энергии, теряемой ионизирующей частицей на некотором участке пути в веществе, к длине этого участка пути] СРЕДА [есть общее наименование физических объектов, в которых движутся тела или частицы и распространяются волны активная — вещество, в котором осуществлена инверсия населенностей уровней энергии и в результате чего может быть достигнуто усиление электромагнитных волн при их прохождении через вещество анизотропная — вещество, физические свойства которого неодинаковы по различным направлениям гнротронная — среда, в которой существует естественная или искусственная оптическая активность диспергирующая — вещество, фазовая скорость распространения волн в котором зависит от их частоты изотропная — вещество, физические свойства которого одинаковы по всем выбранным в нем направлениям конденсированная—твердая или жидкая среда] [c.279]

Г. л. позволяют получать предельно узкие и стабильные линии генерации. Малая плотность активной среды определяет малость температурных изменений показателя преломления. Это позволяет сратгательпо легко получать с Г. л. предельно малую (дифракционную) расходимость излучения. Многообразие физ, процессов, приводящих к образованию инверсии населённостей, создаёт больпгое разнообразие типов, характеристик и режи.мов работы Г. л. Возможность быстрой прокачки газот.)й активной среды через опт 1ч. резонатор позволила в Г. л. достичь рекордно больппгх ср. мощностей из- [c.381]

Активная среда. Указанным требованиям наиб, полно отвечают колебат. состояния молекул, обла-даюш ие больткнми временами жизни (по сравнению с электронными и вращательными уровнями). Процессы колебат. релаксации позволяют осухцествить полную инверсию колебат. уровней и т. н. час т и ч и у ю [c.382]

Благодаря высокой интенсивности излучения импульсных лазеров запись голограмм производится па спец. материалах, т. к. многие материалы, предназначенные для непрерывной записи голограмм, мало чувствительны к коротким импульсам излучения. В И. г. используются тонкие ыагк. плёнки, к-рые могут быть локально нагреты лазерным излучением до точки Кюри (MnBi, EuG и др.), что приводит к изменению магн. п магпитооптич. свойств [1] полупроводниковые кристаллы, поглощающие жидкости и газы, комбинационно-активные среды (см. Комбинационное рассеяние света), среды с инверсией заселённостей и фазовой памятью [4]. [c.132]

При дальнейще и увеличении мощности (энергии) накачки населённость накачиваемых энергетич. уровней инвертируется, т. е. на верх, энергетич. уровне оказывается больше частиц, чем на нижнем [инверс т населённостей). В этом случае вынужденное испускание оказывается более интенсивным, чем резонансное поглощение. Вещество, в к-ром получают инверсию населённости, наз. активным (а к т и в п а я среда). В результате вынужденного испускания возникают фотоны, точно совпадающие по частоте, фазе, направлению и поляризации с фотонами вынуждающего ноля. Поэтому волна усиливается по мере распространения в активной среде. Так возникает в К. э. усиление эл.-магн. волн за счёт энергии, подводимой [c.319]

Наиб, важное событие совр. О.— эксперим. обнаружение и создание методов генерации вынужденного излучения атомов и молекул. Вынужденно испущенный фотон дублирует фотон, вызвавший переход, и, если имеется активная среда с инверсией населённости, этот процесс может многократно повторяться — происходит усиление нач. светового потока. Добавление к такому квантовому усилителю оптич. обратной связи превращает его в оптич. квантовый генератор (лазер). Первые квантовые генераторы (в сантиметровом диапазоне длин волн — мазеры) были созданы А. М. Прохоровым, Н. Г. Басовым и Ч. Таунсом ( h. Н. Townes) в 1954. В наст, время (90-е гг.), используя разл. методы получения инверсной населённости, строят лазеры на твёрдых, жидких, газообразных и плазменных средах. Их появление стимулировало дальнейшее развитие традиц. областей О. и привело к возникновению совершенно новых научных и техн. направлений (нелинейная и параметрич. О., оптич. обработка материалов), сделало возможным практич. реализацию и широкое применение ранее высказанных идей (голография, У ТС, оптич, компьютер). [c.422]

Условие инверсии может быть выполнено для фотонов В нек-рой спектральной полосе (рис. 4). Для получения э кта лазерной генерации оптнч. усиление должно компенсировать все потери потока фотонов в преде- лах лазерного резонатора, образуемого обычно собственно активной средой и зеркальвы.ми плоскостями. [c.53]

В случае низкой плотности электронов преобладают процессы излучат, рекомбинации, когда электрон оказывается на ниж. уровнях иона А" если электронная темп-ра при этом велика, то ион оказывается в осн. состоянии. Указанные процессы и определяют два осн. механизма создания в Р. л. инверсия. Р.л.состолк-новп тельной накачкой по принципу действия гораздо ближе к традиц. лазерам, работающим в видимой области. В этом случае в качестве активной среды используется высокотемпературная плазма низкой плотности. В результате излучат, рекомбинации [c.366]

Во-вторых, положительным свойством несамостоятельных разрядов является их повышенная устойчивость. Так как скорость ионизации в этих разрядах не связана с напряженностью поля, то развитие наиболее опасных ионизационно-тепловых неустойчивостей в объеме несамостоятельного разряда невозможно. Инкремент развития тепловых неоднородностей (3.43) в i/T sSlO раз меньше и поэтому предельные значения вкладываемой в такой разряд электрической мощности существенно выше. Помимо тепловой неустойчивости концентрация несамостоятельных разрядов может вызываться и развитием пространственных неоднородностей в характеризующихся более высокими значениями поля приэлектродных областях. Благодаря своей повышенной устойчивости несамостоятельные разряды позволяют обеспечивать высокие значения удельных объемных энерговкладов и создавать однородную инверсию в больших объемах активной среды. [c.97]

Если первоначально в верхнем состоянии находилось такое число атомов, что возникла инверсия населенностей, то излучение может принять форму кооперативного процесса, в котором излучение одного атома влияет на излучение других атомов. Данный процесс приводит к явлениям сверхизлучения [8] и су-перлюминесценции [9]. Вновь отсылая читателя для подробного рассмотрения этих явлений к оригинальным работам [8, 9], укажем здесь лишь на несколько относяш,ихся к делу особенностей этих явлений 1) суш,ествует вполне определенный порог возникновения кооперативного эффекта 2) длина активной среды I должна быть меньше некоторой характеристической длины 1с, значение которой зависит от начального уровня инверсии 3) интенсивность излучаемого света не изменяется теперь во времени по экспоненциальному закону вместо этого она имеет вид колоколообразной кривой, характерная длительность которой при большом уровне начальной инверсии может быть много меньше, чем Тспонт 4) в случае стержневой формы [c.81]

Из приведенного выше рассмотрения эффекта УСИ становится очевидным, что порог для УСИ, строго говоря, не существует. Однако поскольку мощность Р УСИ быстро увеличивается с инверсией населенностей приблизительно как [ехр(огоЛ 20]/(о оЛ 20 см. (2.150) , то, когда пороговые условия, определяемые выражениями (2.153) и (2.153а), превзойдены, УСИ становится преобладающим механизмом релаксации для активной среды. Поэтому отсутствие истинного порога — это особенность, которая отличает УСИ от суперлюминесцснции. Другой отличительной особенностью является то, что если для суперлюминесценции длина активной среды должна быть меньше критической кооперативной длины 1с, то для УСИ такого ограничения не существует. Еще одна характерная особенность УСИ состоит в том, что телесный угол в этом случае устанавливается из геометрических соображений и, как правило, он много больше, чем для суперлюминесценции, для которой этот угол определяется дифракцией. Наконец, заметим, что преимуществом УСИ является то, что его можно использовать для получения достаточно хорошо направленного излучения в некоторых лазерах (генераторах) с высоким усилением (например, в азотных, или эксимерных лазерах), и в то же время УСИ может вызывать нежелательный эффект в лазерных усилителях с высоким усилением (например, в эксимерных лазерах, лазерах на красителях или на неодимовом стекле), поскольку оно снимает имеющуюся инверсию населенностей. [c.85]

Если же Wp > W p, то как следует из (5.29), до линейно возрастает с ростом Wp, в то время как инверсия населенностей No остается постоянной и равной критической. Иными словами, когда скорость накачки выше критической, в резонаторе лазера увеличивается число фотонов (т. е. увеличивается электромагнитная энергия в резонаторе), а не инверсия населенностей (т. е. энергия, запасенная в активной среде). Это поясняется на рис. 5.3, на котором представлены зависимости величин N и q от скорости накачки Wp. Заметим, что при накачке ниже пороговой 9 = 0, и из уравнения (5.18а) получаем N = [Wpx/ - -- -Wpx)]Ni. Но поскольку обычно выполняется условие No = = N < Ni, из формулы (5.27) мы находим, что Wept 1, т. е. Wpi <С 1 и увеличивается с Wp практически линейно. В качестве второго замечания укажем, что с учетом формул (5.27) и (5.29а) выражение (5.296) можно записать в эквивалентном [c.247]

Смотреть страницы где упоминается термин Инверсия активной среды : [c.82] [c.7] [c.296] [c.245] [c.344] [c.381] [c.551] [c.552] [c.366] [c.432] [c.49] [c.411] [c.411] [c.26] [c.14] [c.82] [c.84] [c.257] [c.293] [c.293] [c.317] [c.435]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...