Добавил:
Разработчик ПО Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
39
Добавлен:
18.10.2022
Размер:
644.78 Кб
Скачать

Раздел VII Физика твердого тела Глава VI. Лазеры

1. Основные радиационные процессы в лазерах

Спонтанное излучение, A21 -вероятность спонтанного излучения в единицу времени.

Вынужденное поглощение, P12 - вероятность вынужденного поглощения в единицу времени. Вынужденное испускание, P12 - вероятность вынужденного испускания в единицу времени. Фотон

испускаемый при вынужденном процессе имеет ту же частоту , направление k , фазу, что и первоначальный.

P12 P21 B21U( ), U( ) - спектральная плотность энергии вынуждающего излучения.

В состоянии термодинамического равновесия:

B12U( )N1 B21U( )N2 A21N2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U( )

A21

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

(U( )по Планку)

 

B

 

 

N1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

1

 

 

 

 

A21

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2с3

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

N1

 

 

 

 

е

1

 

е

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по Больцманау

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

 

2c3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соотношение Эйнштейна

2. Основные условия лазерной генерации.

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

А) Для получения усиления излучения при прохождении через рабочее вещество лазера необходимо создать инверсную населенность:

N2 N1

(В состоянии термодинамического

равновесия N2 e N1

KT 1)

Трехуровневая схема (рубиновый лазер

Al2O3 Cr3 )

Четырехуровневая схема (неодимовый лазер, стекло Nd3 )

Кж – короткоживущий уровень(~10 8c ) Дж – долгоживущий

уровень(~10 3 10 4c)

Б) Положительная обратная связь (оптический резонатор)

R1R2e2 L 1

χ - коэффициент усиления

3. Полупроводниковые инжекционные лазеры

В настоящее время нашли широкое применение в информационной технике (лазерные принтеры, DVD – приводы, сканеры…)

Спонтанное излучение (спонтанная рекомбинация электрона и дырки)

Вынужденное поглощение (внутренний фотоэффект)

Вынужденное испускание (вынужденная рекомбинация электрона и дырки)

Инверсная населенность:

e g E

Ширина спектра спонтанного излучения

E e g .

Положительная обратная связь. В качестве зеркал

используются сколы граней кристалла. Инжекционные п/п лазеры представляют из себя диоды на p-n переходе, включаемые в прямом

направлении. В тонком слое p-n перехода (1- 2 к ) за счет инжекции электронов и дырок создается инверсная населенность.

GaAs j

~102

 

A

 

,P ~10BT ,kn ~ 50% ,

cm

 

 

порог

 

2

 

 

8200 9000A0

(ИК излучение)

Вопросы:

1.Основные радиационные процессы в лазерах.

2.Что такое инверсная населенность.

3.Как осуществляется положительная обратная связь в лазерах.

4.Устройство полупроводникового инжекционного лазера.

Соседние файлы в папке 7 Физика твердого тела