17. Поясніть ефект насичення, умови його виникнення, інтенсивність насичення.

Насичення ефект, зменшення інтенсивності спектральної лінії (поглинання або випромінювання) при збільшенні потужності зовнішнього резонансного електромагнітного випромінювання. Причина Н. е. — вирівнювання населенностей двох рівнів енергії, між якими під дією резонансного випромінювання відбуваються вимушені переходи. Н. е. спостерігається, коли потужність резонансного випромінювання досягає такої величини, при якій вірогідність вимушених переходів під дією випромінювання більше, ніж вірогідність релаксаційних або спонтанних випромінювальних переходів (див. Квантова електроніка ) . Н. е. обмежує потужності, що генеруються лазерами .

У випадку, коли ймовiрнiсть вимушених переходiв стає рiвнозначною з iмовiрнiстю релаксацiйних переходiв, рiвноважний розподiл населеностi помiтно спотворюється. При цьому вiдносна частка енергiї, що поглинається системою, зменшується, коефiцiєнт поглинання падає, наступає так званий ефект насичення. Для кiлькiсної характеристики насичення вводять деяку ефективну характеристику насичення Is =(1/4)*cπ∆νL/B₁₂τ що є густиною потоку енергiї або iнтенсивнiстю насичення.

Величина Is допускає просте фiзичне тлумачення: добуток iнтенсивностi випромiнювання i перетину поглинання, вимiряного в одиницях hν (тобто величина Iσ/hν) дає при безперервному опромiненнi значення середньої швидкостi iндукованого поглинання атомiв.

Ефект насичення вiдiграє важливу роль у квантовiй електронiцi. Насичення зменшує коефiцiєнт поглинання неiнвертованих резонансних поглинальних систем, приводячи їх, таким чином, у прояснений стан, що часто буває дуже корисним. Насичення знижує коефiцiєнт пiдсилення iнвертованих систем, що часто буває дуже небажаним. Крiм того, насичення є тiєю нелiнiйнiстю, що обмежує iнтенсивнiсть генерацiї лазерiв.

18. Необхідна та достатня умови виникнення посилення в середовищі, умова самозбудження,

принципова схема оптичного квантового генератора.

Необхiдною умовою пiдсилення в середовищi є iнверсна заселенiсть. Достатньою умовою пiдсилення хвилi буде перевищення процесiв пiдсилення, досягнуте за рахунок процесу змушеного випромiнювання, над усiма можливими втратами. Достатньою умовою пiдсилення хвилi буде перевищення процесiв пiдсилення, досягнуте за рахунок процесу змушеного випромiнювання, над всiма можливими втратами.Умовасамозбудження квантового генератора описується в такий спосiб α = αgr = k сума +(1/2L)ln1/r1r2, де L – вiдстань мiж дзеркалами; r1, r2 – коефiцiєнти вiдбиття дзеркал

19. Надайте визначення робочої речовини або активного середовища. Перелічите та коротко

поясніть методи створення інверсійної населеності в газовому середовищі.

Середовище (речовина), у якiй створено iнверсiйну населенiсть, називають активним середовищем (речовиною). iнверсiйна населенiсть може бути отримана при сортуваннi газових атомних i молекулярних пучкiв у перiодичних електричних i магнiтних полях.

Робочi речовини (атомнi, iоннi, молекулярнi системи), що використовуються у квантових приладах, характеризуються великою рiзноманiтнiстю i можуть перебувати в рiзних агрегатних станах – газоподiбних, твердих i рiдких.

- Якщо квантовим середовищем є газ (атомний, iонний або молекулярний), то для створення iнверсiйної заселеностi в оптичному дiапазонi широко використовуються процеси непружної взаємодiї частинок у газовому розрядi. Цей метод застосовується в газорозрядних лазерах, де збудження активних атомiв i молекул здiйснюється за рахунок непружних зiткнень, що приводять до обмiну енергiєю частинок (вiльних електронiв, атомiв, молекул, iонiв) в областi газового розряду.

- Крiм цього, iнверсiйна заселенiсть може бути отримана при сортуваннi газових атомних i молекулярних пучкiв у перiодичних електричних та магнiтних полях. Такi поля можуть бути створенi у спецiальних пристроях (рис. 3.1): квадрупольних конденсаторах i багатополюсних магнiтних системах.

- Газодинамiчний метод створення iнверсних станiв знайшов застосування у газових лазерах i полягає в тому, що робочий газ, нагрiтий до високої температури, швидко охолоджується. Оскiльки час релаксацiї при встановленнi термодинамiчної рiвноваги рiзний, то при швидкiй змiнi температури газу на деяких переходах виникає вiд’ємна температура.

- Крiм того, iнверсiйну заселенiсть у газових середовищах можна одержати за допомогою хiмiчної реакцiї. У цьому разi звичайно використовуються екзотермiчнi реакцiї замiщення вигляду