Вынужденное излучение необходимое условие

Отсюда видно, что для создания лазера в равной мере необходимы как усиливающая свет активная среда (усиление обеспечивается вынужденным излучением в условиях инверсии населенностей рабочих квантовых состояний), так и оптический резонатор — устройство, реализующее принцип оптической обратной связи и обеспечивающее многократное прохождение усиливаемого излучения по активной среде. [c.9]

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]

Таким образом, интенсивное заселение верхних рабочих уровней как под влиянием ударов электронов, так и при столкновении с возбужденными атомами Не создает все необходимые условия для получения инверсии. Вынужденное излучение в Не—Ne-лазере осуществляется на переходах 2Sa— 2/ 4 при излучении длины волны к = 1,1525 мкм 35а —> 2Р при X = 0,6328 мкм и 3Sa —> ЗЯ4 при X = 3,39 мкм (рис. 21). [c.38]

Принцип действия. Для осуществления лазерной генерации в режиме самовозбуждения необходимо, как известно, обеспечить 1) амплитудное условие генерации, т.е. создать усиление в активной среде, достаточное для компенсации всех видов потерь 2) фазовое условие генерации, т.е. реализовать положительную обратную связь за счет использования оптических резонаторов либо самопроизвольно записывающихся объемных фазовых решеток в нелинейной среде 3) затравочное шумовое излучение, из которого развивается генерация. В традиционных лазерах усиление возникает в процессах вынужденного излучения в активной среде с инверсной населенностью. При пороговом значении накачки усиление света компенсирует его потери [c.9]

Вкладом спонтанного испускания в направленный зондирующий поток можно пренебречь, так как спонтанное излучение распространяется по всем направлениям и в фиксированное направление рассматриваемого пучка попадает ничтожная его часть. Формула (9.35) позволяет выяснить, какие условия необходимы для непосредственного экспериментального обнаружения вынужденного испускания. Так как 621= 12, то N= N2—Ы )В 2иР 1 ))Ах/с и видно, что при распространении зондирующего пучка поглощение преобладает над вынужденным испусканием и интенсивность пучка убывает во всех случаях, когда Л 2<Л 1, т.е. число возбужденных атомов меньше числа атомов в основном состоянии. Так обычно и обстоит дело, если пучок распространяется в среде, находящейся в состоянии термодинамического равновесия или близком к нему. Чтобы наблюдать нарастание интенсивности зондирующего пучка (отрицательное поглощение) и тем самым экспериментально выявить вынужденное испускание, необходимо создать в среде неравновесное состояние, при котором число атомов на более высоком энергетическом уровне было бы больше, чем на низком (N2>N ). Первая попытка обнаружить вынужденное испускание в видимой области спектра на опыте в парах ртути, возбужденных электрическим разрядом в неравновесное состояние, была предпринята В. А. Фабрикантом (1939 г.). Им же впервые была высказана идея использования вынужденного излучения для усиления света. [c.442]

Существуют разные способы получения необходимой для работы лазера усиливающей излучение активной среды. Преобладание процессов вынужденного излучения над поглощением осуществляется при инверсии населенностей (Л 2>Л 1) рабочих уровней энергии 61 и 62 (см. 9.3). В импульсных твердотельных лазерах используется оптическая накачка светом мощной газоразрядной лампы-вспышки. В полупроводниковых лазерах непрерывного действия неравновесное состояние достигается при пропускании электрического тока через р-и-переход. В газовых лазерах атомы или ионы рабочего вещества возбуждаются в условиях электрического разряда. Во всех случаях затраченная на это энергия внешнего источника в конечном свете частично преобразуется в энергию когерентного излучения. [c.445]

Необходимое условие вынужденного излучения в полупроводниках [c.141]

В этом уравнении член, описывающий поглощение, записан в виде разности усиления и всех потерь т. Потери более подробно рассматриваются ниже в этом параграфе. До тех пор пока не выполнены необходимые условия вынужденного излучения, 2 также обозначает потери и должно быть заменено на а из выражения (3.8.1). [c.194]

О тех случаях, когда в среде выполнено условие М2>М, известное как инверсия населенностей, в (9.37) а<0 (отрицательный коэффициент поглощения) и интенсивность волны в соответствии с (9.38) нарастает по мере ее распространения. Усиление падающего пучка света осуществляется за счет того, что при N2>N переходы с вынужденным испусканием фотонов происходят чаще, чем переходы с поглощением. Так как возникающие при вынужденном испускании фотоны тождественны с фотонами, вызвавшими испускание, когерентные свойства исходного пучка полностью сохраняются. Таков принцип действия квантового усилителя излучения. Различные способы создания необходимой для его работы среды с инверсией населенностей (активной среды) рассмотрены в 9.4. Важно отметить, что для создания активной среды всегда требуется подведение извне дополнительной энергии, которая затем при вынужденном испускании частично преобразуется в энергию усиливаемого электромагнитного излучения. [c.443]

Во-первых, сенсорный голод может быть в буквальном смысле голодом, т. е. связан с недостатком раздражителей. Такое явление возможно в специфических производственных условиях. Биологической основой этого голода является нарушение эволюционно привычной среды, в которой человек вынужден находиться. Мы уже подчеркивали, что животный мир и человек развивались в условиях постоянно действующих на Земле всех физических факторов. Мы более или менее хорошо знаем значение физических факторов, для восприятия которых в процессе эволюции созданы рецепторы. Но каково биологическое (и вредное, и полезное) значение тех факторов, к которым природа не сочла необходимым создавать рецепторы, например радиация, магнитные поля, различный вид космических излучений, инфра- и ультразвуковые колебания и другие [c.149]

В основу работы лазеров положено явление усиления электромагнитных колебаний при помощи вынужденного, индуцированного излучения атомов и Молекул, которое было предсказано А. Эйнштейном еще в 1917 г. Он показал, что между средой, состоящей из молекул, атомов и электронов, и светом постоянно происходит обмен энергией в результате порождения одних и уничтожения других квантов света. Эта среда может как поглощать и рассеивать, так и при определенных условиях усиливать падающее на нее излучение. Причем излучение среды может быть как спонтанным (самопроизвольным), так и стимулированным (вынужденным). А. Эйнштейн показал, что для получения стимулированного излучения (лежащего в основе работы лазеров) среду необходимо перевести из равновесного энергетического состоя-нпя в неравновесное, т. е. передать ей дополнительную энергию. [c.5]

К числу основных процессов, ответственных за пичковый характер гене- рации твердотельных лазеров, необходимо отнести возникновение так называемого релаксационноколебательного режима генерации электромагнитных волн в резонаторе. Возможность возникновения такого 4 ежима генерации связана с наличием инерционности в процессах создания и снятия инверсной заселенности. Стационарный процесс генерации не устанавливается в лазере мгновенно по достижению порогового коэффициента усиления. Для включения процессов вынужденного излучения в резонаторе нужно раскачать определенную амплитуду электромагнитной волны. Этот процесс может начаться лишь при условии КоЖп и в силу конечности величин сечений вынужденных переходов не может произойти мгновенно. [c.172]

Получив выражение для вероятности поглош,ения, перейдем теперь к расчету вероятности вынуи денного излучения. Мы снова обратимся к уравнениям (А.13), используя теперь другие начальные условия Qi(0)=0 п аг(0) = I. Однако сразу можно заметить, что в данном случае необходимые соотношения получаются из соответствуюш,их формул (А13) — (А,31), выведенных для случая поглош,ения, простой перестановкой индексов 1 и 2. Поскольку на определения (А.28) видно, что Ц 2 = IH21I, из выражения (А.31) следует, что W12 = W21, а это означает равенство вероятностей поглощения и вынужденного излучения. [c.531]

Во всех процессах смешения волн необходимым условием возникновения усиления является пространственное рассогласование (сдвиг) световых и создаваемых ими динамических решеток. В средах с нелокальным откликом такой сдвиг вызывается асимметрией свойств этих сред [15, 20]. В средах с локальным откликом при параметрических процессах появляется рассогласование световой решетки, сформированной с участием усиливаемой сигнальной волны, по отношению к динамическим решеткам, записанным чужими пучками [44]. В невырожденных процессах смешения волн отставание бегущей динамической решетки от записьтающей световой решетки вызвано конечным временем релаксации создаваемых в среде нелинейных изменений [23] (ср. с запаздыванием на четверть периода колебаний вынужденного рассеяш ого излучения Мандельштамма -Бриллюэна [32, 45]). Необходимость пространственного рассогласования динамической решетки и инициирующего поля для возникновения энергообмена взаимодействующих пучков является следствием общего для всех колебательных процессов принципа, согласно которому вынужденные колебания осциллятора всегда совершаются с фазовой задержкой тг/2 по отношению к вынуждающей силе. [c.14]

Наконец, обсудим место лазеров на динамических решетках в квантовой электронике. Первые квантовые генераторы оптического диапазона, созданные уже более 25 лет назад, использовали для усиления явления вынужденного излучения света в среде с инвертированной населенностью (рубин [1], газовые смеси [2]). Активная среда в этих лазерах становилась усиливающей под действием стороннего источника накачки (оптического,, электрического, химического и т.д.), создающего в среде инверсию. Однако достаточно скоро появились также генераторы, использующие нелинейнооптические процессы усиления — вынужденные рассеяния [3] и параметрические многоволновые взаимодействия [4] ). Необходимым условием их реализации было использование для накачки оптического излучения с достаточной степенью монохроматичности. [c.258]

Очевидно, добившись изменения знака а, можно реализовать условия оптического усиления. Для этого необходимо, чтобы населенность верхнего уровня хотя бы на некоторое время превзошла населенность нижнего, то есть была бы достигнута инверсная населенность среды. Нетрудно заметить, что в двухуровневой схеме нельзя добиться инверсии населенностей. Действительно, в соответствии с принципом детального равновесрш, увеличение количества переходов О —> 1 сопровождается ростом числа обратных переходов, при этом конкретный механизм, вызывающий переходы, не имеет значения. В пределе, при очень большой вероятности перехода населенности уровней вырзавниваются условия насыщения) то есть процессы вынужденного излучения и поглощения компенсируются, и среда становится прозрачной. [c.259]

В следующем параграфе мы сначала выведем выражение для спектральной плотности удельной энергии фотонов излучения абсолютно черного тела, которое затем используем для получения соотношений Эйнштейна [1]. Эти соотношения показывают, что вероятности поглощения и вынужденного излучения равны друг другу и связаны с вероятностью спонтанного излучения. Соотношения Эйнштейна приводят к необходимому условию вынужденного излучения, полученному Бернаром и Дюрафуром [2] это условие требует, чтобы расстояние между квазиуровпямн Ферми превышало энергию излучаемого фoтoнaJ Из соотношений Эйнштейна мы получим выражения для коэффициента поглощения, скорости спонтанного излучения и суммарной скорости вынужденного излучения. Кроме того, мы выведем соотношения между коэффициентом поглощения и ско- [c.132]

Необходимое условие вынужденного излучения было получено Бернаром и Дюрафуром 2] в очень простой форме. Процесс вынужденного излучения преобладает над процессом поглощения в том случае, когда вероятность стимулированного фотоном перехода электрона из зоны проводимости в валентную зону больше вероятности обратного перехода электрона (из валентной зоны в зону проводимости) при поглощении фотона. Это условие означает, что 121 [выражение (3.2.20)] должно превосходить-412 [выражение (3.2.17)], т. е. [c.141]

В 2 настоящей главы коэффициент поглощения определен как разность между скоростями переходов вверх и вниз, деленная на ноток фотонов. Поэтому положительные значения а(Е) означают, что в целом происходит поглощение излучения, в то время как отрицательные значения а(Е) говорят о том, что скорость вынужденного излучения превосходит скорость поглощения. Отрицательный коэффициент поглощения а(Е) называется коэффициентом усиления (Е). Условие, необходимое для того, чтобы скорость вынужденного излучения превышала скорость поглощения, выражается соотноп1ением (3.2.31). Оно требует, чтобы энергетический зазор между квазиуровнями Ферми был больше энергии излучаемых фотонов. Для достижения лазерной генерации нужно, чтобы усиление превосходило потери в приборе, такие, как поглощение на свободных носителях, рассеяние, излучение через зеркальные грани. Условия, определяющие порог геперации, рассматриваются в следующем Параграфе. [c.189]

В этой главе изложены основы теории вынужденного излуче ния в полупроводниках и даны выражения для численного расчета плотности порогового тока. Много внимания уделено соотношениям между поглош ением, вынужденным излучением и спонтанным излучением. Показано, что необходимым условием вынужденного излучения является превышение энергетическим интервалом между квазиуровнями Ферми для электронов и дырок энергии испускаемых фотоновС Шя достижения порога генерации нужно, чтобы усиление превышало потери на внешнее излучение плюс потери внутри резонатору такие, как поглощение на свободных носителях и рассеяние ) [c.214]

Процесс теплопередачи в скважинах осуществляется, как правило, теплопроводностью, свободной и вынужденной конвекцией и излучением. Точное описание нестационарного процесса теплопередачи в многослойной цилиндрической стенке многоколонной скважины и решение системы уравнений, описывающей этот процесс, представляют большие трудности. Имеющиеся решения получены при упрощающих исходных предпосылках и конструкций скважин. В связи с этим представляет интерес получение такой системы расчетных уравнений, которая давала бы необходимую точность, в большей мере соответствовала бы физике процесса и реальным конструкциям скважин. Эту задачу можно упростить и решить путем замены реальной многоколонной скважины эквивалентной цилиндрической полостью, расположенной в неограниченном массиве, сложенном из однородного материала. В этом случае распределение температуры в радиальной плоскости массива описывается уравнением (16.1). Температура внутренней поверхности стенки участка эквивалентной скважины (г = го) принимается постоянной (0 = 0п = idem). Температура массива на каком-то удалении от оси скважины в невозмущенной части постоянная и равна 0о- В этих условиях температуру массива в радиальном сечении в зоне прогрева можно определить [20] по уравнению [c.269]

Др. важный пример — своеобразные нелинейные самовоздействия волн на поверхности металлов и полупроводников, приводящие к возникновению периодич. поверхностных структур (рис. 15). Возникают они самопроизвольно, когда интенсивность лазерного излучения оказывается достаточно высокой это связано с пространственно неоднородным нагревом поверхности. Необходимое для этого неоднородное попе является результатом интерференции падающей лазерной волны с полем поверхностной волны. При этом важную роль играет появляющаяся обратная связь, когда образовавшиеся периодич. структуры существенно влияют на УС.ЧОВИЯ рассеяния лазерного излучения в дпфрагиров. волны — возникают явления, имеющие много общего с вынужденным рассеянием. В разл. условиях могут возникать неустойчивости поверхност- [c.304]

Улучшение угловой направленности с помощью метода усреднения. С помощью процессов вынужденного рассеяния, кроме режима ОВФ, рассмотренного выше, может быть реализован интересный для практики режим усреднения . При работе в этом режиме, называемом также режимом суммирования, исходный дифрак-ционно-ограниченный пучок иа стоксовой частоте усиливается в поле пространственно-неоднородной накачки ВР-усилителя без изменения своей угловой структуры. Для этого необходимо, чтобы инкремент коррелированной с накачкой стоксовой волны был мал, что противоположно условию реализации ОВФ. Кроме того, усиливаемая стоксова волна не должна искажаться за счет перекачки энергии в другие структуры. Это возможно в том случае, когда число неоднородностей коэффициента усилеиия вдоль пути распространения затравочного стоксова излучения очень велико, в силу чего небольшое колебание числа таких неоднородностей по поперечному сечению не сказывается на пространственной структуре усиливаемого излучения, т. е. происходит их усреднение. Это требование приводит к следующему условию [27], обеспечивающему усиление стоксовой волны без искажения [c.180]

СТИ ИХ изменения [ср. уравнения (3.16-9) и (3.16-17)] путем введения функции формы линии это можно сделать довольно просто — по аналогии с выводом уравнения (3.13-16). Кроме того, мы будем теперь рассматривать только вынужденное комбинационное рассеяние, пренебрегая вкладами спонтанных эффектов в вероятности переходов. При этих условиях последовательная квантовая теория приводит в широкой области применений к результатам, эквивалентным результатам полуклассической теории. В этой связи полезно напомнить, что такая же корреляция между этими теориями суш,е-ствует в случае двухфотонного поглощения. В этом можно непосредственно убедиться из сравнения уравнений (3.13-10) и (3.13-17) для мощности, поглощаемой в единице объема. Формальная процедура изложенного ниже полуклассического рассмотрения вынужденного комбинационного рассеяния также в известной мере аналогична трактовке другого двухфотонного процесса — двухфотонного поглощения, которое также может быть описано полуклассически, если воспользоваться восприимчивостью третьего порядка. Здесь необходимо указать еще на условие применимости изложенной ниже полуклассической теории вынужденного комбинационного рассеяния в среде должны существовать две (или больше) когерентные волны, по крайней мере лазерная волна и стоксова волна построение процесса вынужденного комбинационного рассеяния из шума не может быть описано без дальнейших допущений. Оно используется при таких экспериментальных методах, при которых входное излучение состоит только из лазерной волны (ср. ч. I, разд. 4.221). Однако такое описание становится возможным в последовательной квантовой теории при учете спонтанной компоненты мы вернемся к этой проблеме при обсуждении применений в п. 3.162. [c.362]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...