- •2.Основные физические понятия и принципы работы лазеров.
- •3.Спонтанное и индуцированное излучение и их сво-ва.
- •4.Поглощение.Коэффициенты поглощения.
- •5.Вероятности переходов. Коэффициенты Энштейна.
- •6.Принцип работы лазеров.Оптическая накачка, скорость накачки. Активная среда.
- •7.Коэффициент усиления и условие самовозбуждения генератора. Порог генерации.
- •8. Излучение в резонаторе. Модовая структура поля.
- •9.Дисперсия и коэффициент поглощения.
- •10. Интегральные коэффициенты Эйнштейна.
- •11. Форма и ширина спектральной линии.
- •12. Время жизни возбужденных состояний. Безызлучательная релаксация.
- •13. Механизмы уширения линии. Естественное время жизни и ширина спектра спонтанного излучения.
- •14. Однородное уширение спектральной линии. Профиль однородного уширения линии.
- •15.Неоднородное уширение и контур линии поглощения
- •16. Насыщение в двухуровневой системе.
- •17.Насыщение поглощения при однородном уширении.
- •18.Насыщение поглощения при неоднородном уширении.
- •19. Лазеры на основе конденсированных сред. Общая хар-ка. И св-ва.
- •20. Режимы работы твердотельных лазеров.
- •21.Лазер на рубине. Принцип действия и генерационные характеристики.
- •22. Полупроводниковые лазеры на гетероструктурах и их генерационные характеристики.
- •23: Лазер на итрий-алюминиевом гранате (иаг). Структура энергетических уровней и генерационные характеристики.
- •24. Полупроводниковые лазеры. Принцип действия, типы полупроводниковых лазеров. Спектральные и генерационные характеристики.
- •25. Лазер на александрите. Структура энергетических уровней и генерационные характеристики.
- •26.Лазеры на красителях.
- •27.Ге́лий-нео́новый ла́зер.
- •28.Ионные газовые лазеры.Схема энергетических состояний и механизм получения инверсии в ионизированном аргоне.
- •29.Лазеры на парах металлов.Общая характеристика и принцип действия гелий-кадмиевого лазера.Генерационные параметры.
- •30.Лазер на парах меди.
- •31. Молекулярные лазеры. Общая характеристика и типы молекулярных лазеров. Со2-лазер. Устройство и генерационные параметры.
- •32. Молекулярные лазеры ультрафиолетового диапазона. N2-лазер.
- •33. Эксимерные лазеры. Механизм образования инверсии и генерационные параметры эксимерных лазеров на галогенидах инертных газов.
- •35.Газодинамические лазеры. Принцип действия и генерационные параметры.
- •36.Оптические резонаторы, их виды и свойства.
- •37.Добротность и потери резонатора, число возбужденных мод. Модовые конфигурации резонатора.
- •38.Обобщенный сферический резонатор.
- •39.Дисперсионные резонаторы и их характеристики.
- •40.Неустойчивые резонаторы. Коэф. Увеличения и потерь резонатора.
- •41.Симметрический и телескопии-ческий неустойчивые резонаторы.
- •42.Химичечкие лазеры их типы и генерацион. Параметры.
- •43. Лазеры на свободных электронах и их свойства.
- •45. Теория лазера. Пороговые условия генерации. Стационарный режим.
- •46. Теория лазера. Модулированная добротность. Нестационарный режим генерации.
- •48.Режим синхронизации мод. Активная и пассивная синхронизация мод.
17.Насыщение поглощения при однородном уширении.
-двухуровневая система, взаимодействующая с электромагнитной волной с интенсивностью I.
Для населенностей N1 и N2 (N1>N2): N1+N2=Nt и dN2/dt=-W(N2-N1)-N2/τ, где Nt – полная населенность уровней в данной среде.
Если ∆N =N1- N2, то оба ур-я можно привести к одному дифф ур-ю:
∆N=-∆N/(1/τ+2W)+Nt/ τ.
В стационарном случае, когда ∆N=0: ∆N=Nt/(1/τ+2Wτ).
Следовательно, разность населенностей ∆N между двумя уровнями зависит от τ и W, т.е. от времени релаксации верхнего уровня и от интенсивности I падающего излучения. С увеличением I вероятность вынужденных переходов W увеличивается, а это приводит к уменьшению разности населенностей ∆N, и в случае Wτ>>1 мы имеем ∆N=0, т.е. N1=N2=Nt/2. Т.о. населенности двух уровней стремятся стать одинаковыми.
Для того, чтобы в среде поддерживать данную разность населенностей ∆N, в единице объема среды должна поглощаться мощность (dP/dV) падающего излучения: dP/dV=(h𝝂)W∆N= (h𝝂)’NtW/(1+2Wτ), в случае насыщения:(dP/dV)s= (h𝝂) Nt/2τ/
Отсюда следует, что мощность, которая поглощается системой, чтобы последняя находилась в состоянии насыщения, равна мощности, теряемой средой вследствие релаксации верхнего уровня.
Если W=σI/h𝝂, то ∆N/Nt=1/(1+(I/IS), , где Is =h𝝂/2τσ.
Коэф-т поглощения: α=α0/(1+(I/IS). С увеличением интенсивности I коэф-т поглощения падает.
18.Насыщение поглощения при неоднородном уширении.
Если на молекулярный газ с тепловым распределением по скоростям падает монохроматическая волна с частотой w и волновым вектором , то взаимодействовать с полем могут лишь те молекулы, которые за счет допплеровского сдвига оказываются в резонансе с полем. Если линия однородна, то скорости поглощающих молекул должны попадать в интервал w - ( ± D) = w12 ± dw . Пусть волновой вектор параллелен оси Z, тогда
w - k(vz ± Dvz ) = w12 ± dw |
(13) |
Распределение молекул на уровне E1 по скоростям n1(vz ) dvz является максвелловским, а полная населенность равна N = т n1(vz ) dvz . Вследствие эффекта насыщения населенность n1(vz ) dvz поглощающей группы молекул уменьшается, в то время как увеличивается плотность имеющих те же скорости молекул на верхнем уровне. Это приводит к образованию в распределении концентрации на уровне 1 по скоростям провала (провал Беннета).
Провал Беннета |
Сечение поглощения:
(14) |
Dn() = n1() - n2() = Dn0 / (1 + Sw) |
(15) |
(15a) |
что преобразуется к виду
(15b) |
Коэффициент поглощения будет a(w,) = a(w,vz ) = s(w,vz ) Dn(vz ) .
Полный коэффициент поглощения всеми молекулами N1-N2: ,
тогда
(16) |
В случае gнас << DwD вычисление интеграла фойгтовского типа даст
aнас(w) = a0(w) (1 + S0)-1/2, |
(17) |
где a0(w) = a0(w0) exp{-[(w-w0)/0.36dwD]2} .
При перестройке частоты монохроматического лазерного излучения в пределах неоднородно уширенного профиля линии эффект насыщения проявляется таким же образом, как и в случае однородного уширения, т.е. сам контур просто "подсаживается" на некоторую величину. Обнаружить провал Беннета, выжигаемый такой волной, можно используя вторую зондирующую (слабую по интенсивности рисующую) волну, которая пропишет контур поглощения.
Ширина провала Беннета определяется насыщенной однородной шириной линии gнас = g (1 + S0)-1/2 , а его глубина 4S0/g - интенсивностью насыщающего поля и коэффициентом Эйнштейна B12.
Пусть поглощающие молекулы помещены в стоячую монохроматическую волну с частотой w, поле которой можно представить в виде двух бегущих волн, распространяющихся в противоположных направлениях.
A cos(wt - kz) + A cos(wt + kz) = 2 A cos(kz) cos(wt)
Вследствие эффекта насыщения обе волны выжигают провалы Беннета на обоих крыльях контура поглощения. Если частоту лазера перестраивать по контуру поглощения, то при w=w12оба провала совпадут. В этом случае интенсивность насыщающей волны вдвое больше, провал Беннета глубже. Этот случай в литературе был впервые теоретически описан В.Лэмбом, за что и получил название лэмбовского провала.
Лэмбовский провал. |