Спонтанное излучение спектры

Взаимодействие разл. пучков, распространяющихся в усилителе (пучки, несущие усиленное по яркости изображение, и пучки спонтанного излучения по лазерному переходу, тоже усиленные), может приводить к нелинейным преобразованиям усиленных изображений образованию негативных изображений, изображений со сдвигом по спектру, Такие эффекты реализуются, если плоскость промежуточного изображения находится в геометрич. пределах активной среды. Тогда усиленное спонтанное излучение служит в качестве считывающего пучка неоднородности усиления, созданной воздействием на активную среду первоначального пучка, несущего усиленное изображение входного оптич. сигнала. [c.244]

Термодинамический подход Эйнштейна позволяет также исследовать другой важный аспект спонтанного излучения, а именно спектральный состав испускаемого излучения. Можно показать, что для любого перехода (т. е. при любом механизме уширения линии) спектральный состав спонтанного излучения будет тождествен спектру, наблюдаемому при поглош,ении. С этой целью предположим, что между рассматриваемой нами средой и стенками полости черного тела помещен идеальный фильтр, который пропускает излучение лишь в частотном интервале V V + dv. В этом случае, если среда, фильтр и полость черного тела поддерживаются при одинаковой температуре Т, то отношение населенностей двух уровней будет по-прежнему даваться формулой (2.104). Плотность электромагнитного излучения в любой точке полости также будет соответствовать [c.64]

Последняя формула показывает, что спектр спонтанно излученной волны снова описывается функцией g <(Av) иными словами, это та же самая функция, что и в случае поглощения или вынужденного излучения. При этом из (2.115) мы получаем новую интерпретацию функции g- (Av) g <(Av) v есть вероятность того, что частота спонтанна излученного фотона лежит в интервале V V + dv [c.65]

Из сказанного выше следует, что генерацию в аргоновом лазере следует ожидать на переходе 4p->4s. Так как оба уровня 4s и 4р на самом деле состоят из многих подуровней, аргоновый лазер может генерировать на многих линиях, среди которых наиболее интенсивными являются зеленая (А, = 514,5 нм) и синяя (А, = 488 нм). Из измерений спектра спонтанного излучения было найдено, что доплеровская ширина линии AvJ, например зеленого перехода, составляет около 3500 МГц. Это означает, что температура ионов, определяемая в соответствии с выражением (2.78), равна Т 3000 К. Иными словами, ионы являются очень горячими благодаря их ускорению в электрическом поле разряда. Относительно широкая доплеровская ширина линии также приводит к тому, что в режиме синхронизации мод в аргоновом лазере наблюдаются сравнительно короткие импульсы ( 150 пс см. табл. 5.1). [c.355]

Уравнение. (3.3.II) можно обобщить на случай частично когерентного света [10]. Спонтанное излучение всех источников света вызывает случайные амплитудные и фазовые флуктуации, которые приводят к некоторой конечной ширине линии 5ю спектра источника на частоте Юо- Если ширина линии 5ю много меньше ширины спектра Аю [c.72]

Возможное применение волоконных ВКР-усилителей предварительное усиление сигнала перед его регистрацией на приемнике системы оптической связи [72]. Измерения в эксперименте показали [63], что отношение сигнал/шум на приемнике определяется усиленным спонтанным КР, которое неизменно сопутствует процессу усиления. Часть энергии накачки преобразуется в спонтанное стоксово излучение и усиливается вместе с сигналом. Таким образом, выходное излучение состоит не только из желаемого сигнала, но также из широкополосного шума с шириной спектра 10 ТГц или более. В приближении неистощенной накачки можно получить аналитическое выражение для мощности усиленного спонтанного излучения [60]. С практической точки зрения представляет интерес отношение мощностей сигнала при включенной и выключенной накачках. Это отношение можно измерить экспериментально. Эксперимент с накачкой на длине волны 1,34 мкм показал, что это отношение составляет около 24 дБ для первой стоксовой компоненты на длине волны 1,42 мкм. но падает до 8 дБ, когда первая стоксова компонента используется для усиления сигнала на длине волны 1.52 мкм. Это отношение в схеме со встречными волнами сигнала и накачки Меньше, чем в схеме, где они распространяются в одном направлении [c.231]

Экспериментальные спектральные кривые тока фотоумножителя (пропорционального выходной мощности излучения лазера) показывают, что отношение мощностей избыточного фотонного шума и дробового шума пропорционально квадрату выходной мощности излучения лазера ниже порога генерации и обратно пропорционально квадрату выходной мощности излучения лазера выше порога генерации. Значительно ниже порога генерации можно наблюдать отклонение от квадратичной зависимости, если допустить вклад в выход спонтанного излучения более чем от одной линейно поляризованной моды. Установлено, что выше порога генерации ширина полосы избыточного фотонного шума изменяется линейно с выходной мощностью, а ниже порога — обратно пропорционально мощности [36]. Спектр мощности отношения шумов чуть выше и ниже порога генерации хорошо аппроксимируется лоренцевой кривой. Недавно экспериментально [36, 100] была продемонстрирована применимость модели Ван-дер-Поля к лазерному генератору с накачкой, превышающей пороговую. [c.469]

Для вращательных спектров коэффициент Эйнштейна Л, еще больше уменьшается и становится сначала сравнимым с Втп, а затем и меньше его, т. е. доля спонтанного излучения существенно понижается по сравнению с вынужденным излучением. [c.57]

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]

Спектр спонтанного излучения рубина (люминесценции) аналогичен спектру поглощения в области / -линии ( ->-Спектрограмма люминесценции / -линии рубина при комнатной температуре показана на рис. 9.5. Каждая [c.74]

Если накачка не обеспечивает выполнения порогового уровня (а Ф 7), то мощность излучения активного элемента распределяется между различными типами колебаний резонатора в пределах полосы люминесценции квантовой частицы. При этом, если усиление среды а(у) достаточно велико, то полуширина спектра излучения будет уменьшаться по сравнению с полушириной спектра люминесценции в результате усиления спонтанного излучения в активной среде. Это явление получило название суперлюминесценции. [c.124]

В активной среде лазера, обладающей описанными выше свойствами, спонтанное излучение из верхнего состояния будет иметь широкий спектр, который частично перекроет широкий спектр поглощения нижнего состояния, как показано на рис. 4.1 справа. Определим среднюю частоту флуоресценции как [c.141]

Итак, согласно (7)—(10) вся индивидуальность образца заключена в иерархической последовательности матриц которые являются фурье-образами функций корреляции для дипольных моментов ф("р), усеченных с помощью 0-функций. Это усечение обеспечивает причинную последовательность взаимодействий во времени и формально эквивалентно замене преобразования Фурье на преобразование Лапласа. В спектральном представлении умножению на 0-функцию соответствует свертка с 0 (ш) (см. 2.4.7а). Для краткости эту операцию будем называть преобразованием Гильберта (хотя последнему отвечает лишь 1-е слагаемое в (2.4.7а)). При и > 3 в (10) имеется п — 0-функций, чему соответствует многомерное преобразование Гильберта (случай п = 3 см. в [152]). В результате моменты поля (т. е. его спектральные функции) оказываются пропорциональными гильберт-образам спектральных функций молекул, что и приводит к превращению дискретного спектра молекул в сплошной спектр многофотонного спонтанного излучения. [c.154]

Член, описывающий спонтанное излучение фононов, имеет простой физический смысл. Он соответствует черепковскому излучению фононов электронами, движущи мися со скоростью, превышающей скорость звука s. По существу, его можно найти, непосредственно применяя диэлектрический метод, развитый нами в гл. III при решении задачи о спектре характеристических потерь [c.334]

Флуктуации и шумы в лазерах. Тепловые шумы оптич, резонатора и спонтанное излучение атомов (молекул) активной среды являются принципиально неустранимыми источниками шума в лазерах. Шумы приводят к естеств. флуктуациям амплитуды и фазы одночастотного н одномодового лазера, вследствие к-рых существуют предельные значения временных и пространственных статистич. характеристик лазерного излучения естеств. ширина частотного спектра, определяемая ф-лой Шавлова — Таунса ф-ла (8) в ст. Лазер] естеств, угл. расходимость, предельная пространственная когерентность. В режиме генерации нескольких несинхронпзованных (несвязанных) продольных и (или) поперечных мод статистика излучения существенно меняется она становится практически гауссовой. [c.664]

В реальном лазере резонатор заполнен активной средой. При выполнении условий генерации внутрирезо-наторные потери и потери когерентного излучения через выходное окно резонатора непрерывно восполняются. Поэтому добротность квантового генератора Q Qp и ширина одномодового излучения лазера Ауд в принципе может быть существенно уже Avp. В пределе ширина спектра непрерывного лазера определяется мощностью спонтанного излучения возбужденных частиц среды и может составлять [c.56]

Квантовая теория излучения (12, 13] показывает, что спектр g v — Vo) испускаемого излучения является лоренцевой функцией, выражение для которой можно получить из (2.59а), заменив Тс на 2тспонт, где Тспонт = 1М — время затухания спонтанного излучения [см. (1.2)]. В частности, полная ширина линии на половине высоты максимума дается выражением (см. рис. 2.6) [c.48]

В качестве заключительного комментария ко всему разд. 2.4 можно сказать, что, хотя объяснение явления спонтанного излучения требует четкого понимания весьма тонких физических явлений, само аналитическое описание характера релаксации оказывается крайне простым и дается выражением (2.100) или, что одно и то же, уравнением (1.2), где Тспонт и Л =(1/тспонт) определяются выражениями соответственно (2.97) и (2.110). Следует заметить, что величина А увеличивается пропорционально кубу частоты и, следовательно, роль спонтанного излучения быстро растет с частотой. Действительно, в инфракрасной и далекой инфракрасной областях спектра, где, как пра- [c.66]

Рис. 6.55. Спектр спонтанного излучения (а) и сечения вынужденного излучения (б) в лазере на свободных электронах как функция нормированной величины x=2nNw(y — — Vo)/Vo.

Двухпиковая структура спектра ВКР становится понятной, если обратить внимание на то, что основной пик спектра комбинационного усиления на рис. 8.1 в действительности состоит из двух пиков, положение которых точно соответствует пикам спектра ВКР на рис. 8.3. Подробная численная модель (в которой учитывается форма спектра комбинационного усиления и эффекты как вынужденного, так и спонтанного КР) предсказывает форму линии, соответствующую результатам эксперимента [27]. Качественно описать процесс можно следующим образом. За счет спонтанного КР происходит генерация излучения во всей полосе комбинационного усиления. После прохождения отрезка световода эти слабые сигналы усиливаются с соответствующими коэффициентами усиления и к ним добавляется спонтанное излучение на данном отрезке. При небольших мощностях накачки спектр стоксова излучения 5 (to) выглядит как спектр КР, искаженный процессом экспоненциального усиления, т.е. [c.225]

Квантовые шумы. Квантовые шумы возникают из-за наличия спонтанных переходов возбужденных ионов с метастабильного уровня. В активной среде возникает спонтанное световое излучение, которое в отличие от генерируемого вынужденного излучения равномерно направлено во все стороны, имеет сплошной спектр а пределах линии усиления и случайным образом флуктуирующую-интенсивность. Определенная часть спонтанного излучения распространяется вдоль оси активной среды и попадает в телесный угол и частотный спектр полезного генерируемого лазерного излучения. Иными словами, в лазерном резонаторе за счет апонтанного-излучения наряду с источником вынужденного когерентного лазерного излучения (которым являются ионы, совершающие вынуж- [c.84]

Совпадение ширины спектра лазерного шума с шириной линии усиления не случайно. Оно следует из то1Ч), что основным источником шума является спонтанное излучение лазера, возникаюш,ее по всей линии люминесценции (или усиления) активной среды. [c.87]

Можно показать, что общий вклад всех излучающих атомов имеет тот же самый спектр мощности, что и отдельный излучатель, несмотря на то что фазовые соотношения фурье-компоненг частотного спектра случайны. Спектральная ширина связана с временем излучения соотношением неопределенностей. Время спонтанного излучения, или время релаксации, типичного атомного уровня по порядку величины равно 10 сек, а соответствующая спектральная ширина порядка 10 гц. В лазерах возбужденные атомы вынужденно излучают в фазе, так что в рубиновых лазерах длительность эффективных волновых цугов оказывается порядка 10" сек, а в газовых лазерах — порядка 10" сек. Соответствующая спектральная ширина равна 10 и 10 гц. [c.363]

Если когерентный световой сигнал усиливать лазерным усилителем, то к нему добавляются шумы спонтанного излучения. Пользуясь описанной выше системой с дифракционным ограничением пучка, согласованием мод и пространственной фильтрацией, можно уменьшить дополнительный шум спонтанного излучения до значений, близких к теоретическому минимуму. Вопрос заключается в следующем можно ли получить выигрыш в чувствительности системы, т. е. в минимальном обнаруживаемом сигнале Как увидим ниже, ответ зависит от спектральных характеристик приемника. Если провести поверхностный анализ ОСШ для систем, основанных на использовании лазерных усилителей с небольшим усилением, работающих в видимой области спектра, для которой имеются фотоэлектронные приемники с хорошими характеристиками, то можно легко сделать вывод, что лазерный усилитель ухудшает характеристики большинства систем связи [19, 49], особенно если лазерный предусилитель сравнить с оптическими гетеродинными или гомодинными системами. Но более тщательный теоретический анализ (слишком подробный, чтобы воспроизводить его в данной книге) [50] показывает, что в зависимости от уровня инверсии лазерного усилителя и спектрального квантового выхода приемника при использовании лазерного предусилителя может снизиться минимальный обнаружимый уровень сигнала. Результаты измерений, проведенных на длине волны 3,508 мк (одно из лучших окон прозрачности атмосферы) с лазерным предусилителем на Хе, имеющем большое усиление [51, 52], показали, что вследствие сужения полосы усиления получен выигрыш в минимальном обнаружимом сигнале на 16 дб. Поскольку независимые измерения инверсии [c.482]

Правила отбора для двухквантовых электрических дипольных переходов, т. е. для спонтанных КР-спектров, необходимо рассматривать с точки зрения поведения дипольного момента, наведенного электромагнитным полем возбуждающего излучения. Величина наведенного дипольного момента л определяется поляри- [c.53]

Коэффициент полезного действия лазеров в существующих конструкциях пока оставляет желать лучшего. Это объясняется плохим согласованием диапазона излучения ламп-вспышек и поглощением света рабочиД веществом. Мы уже говорили, что при создании в рубине активной среды ионы хрома при своем переходе с нижнего уровня на третий поглощают только сине-зеленую часть спектра излучения лампы-вспышки. Доля же ее энергии составляет всего 10% от общей энергии излучения лампы, 90% же расходуется напрасно. Но и поглощенные 10% энергии используются далеко не полностью. Одна ее часть расходуется на бесполезнь1Й нагрев кристалла при переходе ионов хрома с третьего уровня на второй, другая — на спонтанное излучение света ионами хрома, которое возникает сразу после возбуждения, и третья — на компенсацию потерь в резонаторе и в самом кристалле. В итоге коэффициент полезного действия лазера на рубине оказывается около 1%, при использовании же стекла, содержащего неодим, он несколько выше, 2—4 %. [c.98]

В основе математической модели излучения обычного (нелазерного) источника света лежит статистическая гипотеза о том, что в случае спонтанного излучения различные атомы источника испускают отдельные цуги волн независимо друг от друга в случайные моменты времени. Фазы колебаний электромагнитного поля в излучении различных атомов не скоррелированы друг с другом. Поэтому оказывается, что распределение интенсивности излучения всех атомов источника в такой некогерентной суперпозиции определяется суммированием распределений интенсивности для индивидуальных атомов. В частности, если цуги волн, испускаемые различными элементарными излучателями в случайные моменты времени, одинаковы (или отличаются амплитудами), то спектр излучения источника как целого будет таким же, как и распределение интенсивности для изолированного излучателя (атома). [c.55]

Подобно верхней атмосфере Земли, сток тепла обусловлен спонтанным излучением молекул и атомов в видимой и инфракрасной областях спектра и турбулентной теплопроводностью. Интенсивность излучения в линиях и полосах, наблюдаемого в виде атмосферных эмиссий в спектрах свечения дневного и ночного неба, зависит от степени неравновесности среды и эффективности столкновительной релаксации возбужденных состояний атмосферных компонентов Маров и др., 1997). [c.46]

Вынужденное излучение представляет собой лавинообразный процесс рождения тождественных фотонов. При этом возможно получение излучения чрезвычайно узкой спектральной ширины, что мы и подчеркивали б (V — Vo). Действительно, так для алюмоитриевого граната, активированного неодимом (ИАГ N(1 ), полуишрина спектра непрерывной генерации достигает 10" нм (50 Гц). Спектр же спонтанного излучения широк (в данном случае примерно 1 нм). Следует подчеркнуть, что полная вероятность перехода квантовой частицы из состояния / в состояние к с излучением фотона равна сумме вероятностей спонтанного и индуцированного излучений. При этом фотоны спонтанного излучения в отличие от фотонов вынужденного излучения не когерентны. Поэтому естественным источником шума, который ограничивает чувствительность квантового усилителя и стабильность генератора, будет спонтанное излучение. [c.28]

Таким образом, согласно полученным выше результатам моды резонатора располагаются достаточно плотно друг к другу. В результате их огромное число может укладываться даже в пределах естественной ширины атомной линии. Например, полуширина линии люминесценции рубина при комнатной температуре 3 10 МГц (10 см ), а расстояние между продольными модами метрового резо-натора 150 МГц. Схематически расположение мод метрового резонатора в пределах спектра спонтанного излучения рубина показано на рис. 6.8. [c.48]

Спектр спонтанного излучения дырок в квантовой яме GaAs/AIosGaosAs представлен на рис. 21 сплошной кривой. Полосы со штриховкой показывают расчетные диапазоны энергий квантов для переходов, в которых имеются пики в приведенной плотности состояний. На том же рисунке штриховой линией показан теоретически рассчитанный спектр неполяризо- [c.71]

Рис. 21. Наблюдаемый спектр спонтанного излучения в квантовых ямах GaAs/Alo jGa о 5As р-типа [20] сплошная кривая).

Вероятность вынужденного испускания в моде пропорциональна интенсивиости излучения в ней, поэтому энергия, подводимая к активному веществу для создания инверсной населенности, предпочтительно перекачивается в генерируемые моды. С этой точки арения лазерный генератор интересно сравнить с каким-либо устройством, в котором спонтанное излучение, скажем, от источника линейчатого спектра фильтруется с помощью пассивного резонатора. В последнем случае резонатор может отфильтровать узкую полосу частот (шириной Лгрез), однако остальная часть энергии поля излучения отбрасывается и, следовательно, теряется. В случае же лазера, где внутри резонатора находится активное вещество, процесс вынужденного испускания приводит к предпочтительному вводу энергии в моды резонатора с малыми потерями. Кроме того, как мы еще увидим, спектральная ширина излучения лазера (теоретически) на много порядков меньше по срав- [c.28]

Можно рассматривать влияние спонтанного испускании также с точки зрения классической теории когерентности. Так как введение энергии в поле излучения за счет спонтанных продессов не скоррелировано с самим полем, спонтанное излучение тем самым вносит случа11ные флуктуации в амплитуду и фазу, что проявляется в конечной ширине спектра. [c.30]

Еще одно важное замечание. Несмотря на то что ЛСЭ представляют собой макроскопИ1 ёские излучающие системы, с их помощью в принципе можно генерировать волны с длинами, значительно меньшими характерных размеров этих систем. Такая ситуация возможна, в частности, в синхротронных или ондуляторных лазерах, где за счет релятивистских эффектов спектры спонтанного излучения сдвинуты в область коротких длин волн. [c.163]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...