Лекции Таноса / KOE-05_-_Usilenie_i_generatsia
.pdf
Предельная накачка
ρн→∞ n При g1=g2=1
nN2 →N1
nkω→0 - насыщение - «просветление» среды
nДостичь инверсии и усиления нельзя
n При g1≠g2 |
N2 |
→ |
|
q2 |
N |
|
N1 |
→ |
q1 |
N |
|
|
+ q2 |
|
|
||||||||
q1 |
q1 + q2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nN = N2/g2 - N1/g1 → 0
ØДостичь инверсии и усиления нельзя
ØМетод сортировки частиц
n Мазер на пучке молекул аммиака
Трехуровневая схема
dN1 = ρ B N -[ρ B +(w A )]N = 0,ü |
|
||||||||||||
dt |
H |
02 0 |
n |
|
20 |
21 20 |
2 |
ï |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
|||
dN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
|||
2 = w21N2 -w10N1 = 0, |
|
|
|
ý |
|
||||||||
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
||
N0 + N1 + N2 = N. |
|
|
|
|
|
|
ï |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
lim |
N |
0 |
= lim |
N |
2 |
= |
w10 |
|
|
N, |
|
|
|
2w + w |
|||||||||||||
ρн →∞ |
|
ρн →∞ |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
10 |
21 |
|
|
|
|
|
lim |
N = |
w21 |
|
N. |
|
2w + w |
|||||
ρн →∞ |
1 |
|
|||
|
|
10 |
21 |
|
|
Пороговые плотности накачки
n Пороговая плотность накачки по инверсии
ρнинв = |
w10 |
(w21 |
+ A20 ) |
. |
B20 |
(w21 |
|
||
|
− w10) |
|||
n Пороговая плотность накачки по генерации ρнген
n требуется превышение над потерями
n Для максимальной инверсии:
n |
w21 |
велико |
|
n |
(2→1 быстрый) |
n |
w10 |
мало |
|
n |
(Е1 - метастабильный) |
n |
В02 |
велик |
|
n |
(0→2 разрешен) |
Насыщение усиления
n w10 не зависит от накачки только без генерации
n Вынужденные переходы не только 1→0, но и 0→1
n Если ρн растет
n инверсия N=N1-N0 растет
nусиление растет
nρ01 растет
n 0→1 компенсирует N
nN ≈ Nпорог
n Насыщение усиления
nN как при ρнген
Виды трехуровневых схем
n Каналы накачки и усиления частично разделены
nρн=ρ02
nw21=A21+S21.
n Виды накачки:
nОптическая – твердотельные лазеры
nНакачка в газовом разряде – газовые лазеры
Четырехуровневая схема
nКаналы накачки и усиления полностью разделены
nИнверсия при 
nρнинв → 0, ρнген чуть больше нуля.
Требования к многоуровневым схемам
n Е3— Е2 > kT и Е1— Е0 > kT
n Снижение влияния температуры
n Е3— Е2 и Е1— Е0 минимальны
nКПД: η < (Е2—Е1)/(Е3—E0)
nСнижение разогрева
n Е3 - пошире
n Для оптической накачки
n Для E1 → E0 и E3 → E2 оптические переходы запрещены
n Для исключения самопоглощения
n Для E2 → E1 безызлучательные переходы запрещены