Основные уравнения, описывающие поле излучения и активную среду

Л.1. Кинетические уравнения для описания одномодового лазера. Уравнение для разности населенностей. При описании процессов, происходящих в активной среде в присутствии генерируемого света, следует принимать во внимание два основных эффекта 1) усиление электромагнитного поля за счет вынужденного излучения, т.е. за счет энергии, накопленной в инвертированной активной среде 2) обратное влияние, оказываемое усиливаемым светом на активную среду, в конечном счете, на разность населенностей рабочего перехода. Взаимное влияние этих двух эффектов достаточно сложное. В дальнейшем будет видно, что оно описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений, которые, кстати говоря, не имеют общего решения в квадратурах. Эти уравнения называют кинетическими или балансными уравнениями лазерной генерации. Выведем их. [c.10]

В отличие от методов кинетических уравнений, приведенных выше, при более строгом анализе работы лазера необходимо учитывать, что под действием электромагнитного поля внутри его резонатора атомы активной среды начинают осциллировать подобно микродиполям. Эти диполи создают макроскопическую поляризацию Р, численно равную электрическому моменту единицы объема активной среды. Макроскопический дипольный момент действует как источник излучения, т. е. возбуждает собственное электромагнитное поле, приводящее к изменению электромагнитного поля в резонаторе. Таким образом, в результате взаимодействия электромагнитного поля и среды внутри резонатора устанавливается самосогласованное электромагнитное поле. Самосогласованную теорию лазеров можно строить двумя методами 1) полуклассическим — взаимодействие электромагнитного поля со средой описывается уравнениями классической электродинамики 2) квантово-механическим — взаимодействие описывается квантово-механическими уравнениями (в этих методах среда описывается уравнениями квантовой механики). Первый метод является менее строгим, например, с его помощью нельзя учесть шумы лазера, статистические свойства света и рассмотреть эффекты спонтанного излучения, определяющие условия в начале генерации лазеров. Однако в целом ряде задач этот метод является основным для качественного и количественного анализа работы лазера. [c.22]

Этот метод расчета лазеров основан на квантовом описании взаимодействия генерируемого (или усиливаемого) электромагнитного излучения с активной средой, когда не только активная среда, но и излучение описываются уравнениями квантовой теории. Квантовый метод основан на учете корпускулярно-волнового дуализма как основного свойства материи. Любой вид материи, будь то поле колебаний какого угодно вида (электромагнитных, упругих и т. д.) или вещество, может быть представлен в виде ансамбля частиц или квазичастиц, которые описываются соответствующими операторами рождения или уничтожения, вводимыми для каждого вида частиц или квазичастиц. Основное различие в свойствах операторов и их связи с характеристиками поля определяются принадлежностью частиц к бозонам или ферми-онам. [c.33]

Ранее отмечалось, что система уравнений, описываю 1цая изменение во времени интенсивности излучения и нн версной населенности, существенно нелинейная и не допу скает аналитического решения. Однако в каждом конкрет ном случае удается ввести некоторые упрощающие предпо ложения, позволяющие получить в аналитическом виде основные зависимости лазерных параметров от характеристик резонатора и уровня накачки. При этом для выявления основных особенностей динамики лазера будем, как и ранее, если это возможно, рассматривать наиболее простые модели, когда поле в резонаторе однородно, а полоса люминесценции активной среды однородно-уширена. [c.164]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...