Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Принципы лазеров..doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
9.17 Mб
Скачать

Литература

  1. Reif R.t Fundamentals of Statistical and Thermal Physics, McGraw-Hill, New York, 1965, ch. 9,

  2. Paniell R. //., PuthoffH. E., Fundamentals of Quantum Electronics, Wiley, New York, 1969, ch, 2., sees 2,1—2.3. [Имеется перевод:

хоф Г. Основы квантовой электроники. - М.: Мир, 1972.]

  1. Messiah A.f Quantum Mechanics, North-Holland, Amsterdam, 1961, v. 1., pp, 112, 113. [Имеется перевод: Мессий Л. Квантовая механика. Том. 1.— М.: Наука, 1978.]

  2. Stratton J. /U Electromagnetic Theory, McGraw-Hill, New York, 1941, pp. 431-438. [Имеется перевод: Стрэттон Дж. Теория электромагнетиз­ма. -М. - Л.: Гостехиздат, 1964.]

  3. Pantell R. #., Puthoff Н. Fundamentals of Quantum Electronics, Wiley, New York, 1969, ch 6. [Имеется перевод: Пйнтел P., Путхоф Г. Основы квантовой электроники. — М.: Мир, 1972.]

  4. Louisell W., Radiation and Noise ni Quantum Electronics, McGraw-Hill, New York, 1964, ch. 4. [Имеется перевод; Люиселл У. Излучение и шумы в квантовой электронике. - М.: Наука, 1972.1

  5. Hoistein Т., Phys. Rev., 72, 1212 (1947).

  1. Dicke R. Я., Phvs. Rev., 93, 99 (1954),

  2. BonifacioR., Luglato L., Phys. Rev., All, 1507 (1975).

  1. LinfordG. J. et a/, AppL Opt., 13, 379 (1974).

  2. Radiationless Transitions (ed. F. J. Fong), Springer-Verlag, Berlin, 1976.

  3. Louisell F., Radiation and Noise in Quantum Electronics McGraw-Hill, New York, 1964, eh. 5. [Имеется перевод: Люиселл У. Излучение и шумы в квантовой электронике. - М: Наука, 1972.]

  4. Heitler W., The Quantum Theory of Radiation, 4th edn., Oxford University Press, London, 1953, pp. 181—189. [Имеется перевод 3-го изд.: Гайтлер В. Квантовая теория излучения. — М.: ИЛ, 1956.]

  5. Kuhn К G., Atomic Spectra, 2nd edn., Longmans, Green, London, 1969, ch. VII.

  6. ShawlowA, L. In: Advances in Quantum Electronics (ed. J, R. Singer), Columbia University Press, New York, 1961, pp. 50—62.

  7. Siegman A. E., An Introduction to Lasers and Masers, McGraw-Hill, New York, 1971, p. 362.

  8. Thome A. P., Spectrophysics, Chapman and Hall, London, 1974, sec. 2.14— 2.19.

  9. Pant ell R. Я., PuthoffH. E.y Fundamentals of Quantum Electronics, Wiley, New York, 1969, pp. 40—41, 60, 62, and Appendix 4. [Имеется перевод: Пантел Я., ПутыфТ, Основы квантовой электроники. - М.; Мир, 1972.]

  10. Birks J. В., Photophysics of Aromatic Molecules, Wiley-Interscience, New York, 1970, sec. 11.9.

  11. Herzberg G., Molecular Spectra and Molecular Structure: Infrared and Raman Spectra of Polyatomic Molecules, Van Nostrand Company, Prince­ton, New Jersey, 1968, p. 122, Fig. 51.

3

Процессы накачки

3.1. Введение

В гл. 1 мы показали, что процесс, который переводит атомы с уровня 1 на уровень 3 (для трехуровневого лазера; см. рис. 1.4, а) или с уровня 0 на уровень 3 (для чстырехуровне- вого лазера; см. рис. называется Накачка осу-

ществляется, как правило, одним из следующих двух способов: оптическим или электрическим. При оптической накачке излу­чение мощного источника света поглощается активной средой и таким образом переводит атомы активной среды на верхний уровень. Этот способ особенно хорошо подходит для твердо­тельных (например, для рубинового или неодимового) или жид­костных (например, на красителе) лазеров. Механизмы ушире­ния линий в твердых телах и жидкостях приводят к очень зна­чительному уширению спектральных линий, так что обычно мы

имеем дело не с накачкой уровней, а с полос

щения. Следовательно, эти полосы поглощают заметную долю (обычно широкополосного) света, излучаемого лампой накачки. Электрическая накачка осуществляется посредством достаточно интенсивного электрического разряда, и ее особенно хорошо применять для газовых и полупроводниковых лазеров. В част­ности, в газовых лазерах из-за того, что у них спектральная ширина линий поглощения невелика, а лампы для накачки дают широкополосное излучение, осуществить оптическую накачку довольно трудно. Замечательным исключением, которое следует

отметить, является лазер с оптической накачкой, ког-

да пары Cs возбуждаются лампой, содержащей Не при низком давлении. В данном случае условия для оптической накачки вполне благоприятны, поскольку интенсивная линия излучения Не с Я ж 390 нм (достаточно узкая благодаря низкому давле- нию) совпадает с линиями поглощения Cs. Фактически этот ла- зер представляет интерес лишь в историческом плане, как одна из первых предложенных лазерных схем. Кроме того, его реа- лизация на практике является весьма поскольку пары

Cs, которые для обеспечения достаточного давления газа необ­ходимо поддерживать при температуре 175 °С, представляют собой весьма агрессивную среду. Оптическую накачку весьма эффективно можно было бы использовать для полупроводнике­вых лазеров. Дело в том, что у полупроводников имеется поло­са сильного поглощения. Однако применение в данном случае электрической накачки оказывается более удобным, поскольку через полупроводник (обычно в форме р — п- или р i — п-диода) очень легко проходит электрический ток.

Два упомянутых выше процесса накачки (оптической и электрической) не исчерпывают всех возможных методов на­качки лазеров, Например, необходимая инверсия может быть создана также с помощью соответствующей химической реак­ции {химическая накачка). Необходимо упомянуть здесь два достойных внимания вида химической накачки: 1) ассоциатив­ная реакция, А+В-^АВ*, ведущая к образованию молекулы АВ в возбужденном колебательном состоянии, и 2) диссоциа­тивная реакция, АВ + ftv-*-A + В*, ведущая к образованию ча­стицы В (атома или молекулы) в возбужденном состоянии.

Другим способом накачки газовой молекулы, который мо­жет быть достаточно эффективным, является сверхзвуковое рас­ширение газовой смеси, содержащей данную молекулу (газоди­намическая накачка). Поскольку эта схема накачки требует

довольно долгого и подробного обсуждения, мы отложим ее

рассмотрение до гл. 6.

Чтобы закончить эти вводные замечания, следует упомянуть о специальном виде оптической накачки, когда лазерный луч используется для накачки другого лазера (лазерная накачка). Свойства направленности лазерного пучка делают его очень удобным для накачки другого лазера, причем здесь не требует­ся специальных осветителей, как в случае (некогерентной) оп­тической накачки. Такая накачка является довольно простой, и в дальнейшем мы ее не будем рассматривать. Хотелось бы лишь здесь отметить, что благодаря монохроматичности излучения ла­зера накачки ее применение не ограничивается лишь твердо­тельными и жидкостными лазерами (как в случае некогерент­ной оптической накачки), но ее можно также использовать для

накачки газовых лазеров. В данном случае линия, излучаемая накачивающим лазером, должна, разумеется, совпадать с ли­нией поглощения накачиваемого лазера. Это применяется, на­пример, для накачки большинства газовых лазеров дальнего ИК-Диапазона (скажем, таких лазеров, в которых используются метиловый спирт СНзОН в виде паров) с помощью излучения соответствующей длины волны С02-лазера.

Выше мы уже отмечали, что в данной главе мы рассмотрим лишь оптическую и электрическую накачки. В каждом конкрет­ном случае обсудим физические механизмы, лежащие в основе

изучаемого процесса, а также опишем в общих чертах схему расчета скорости накачки WPlопределяемой выражением (1.10).