Лекция 16: Квантовые генераторы (ЛАЗЕРы)
Lasers (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation )
•1954: C.H. Townes микроволновый усилитель (24 ГГц) на потоке молекул аммония. Басов и Прохоров использовали более двух уровней и создали МАЗЕР. Нобелевская премия 1964 г.
•1958: C.H. Townes и A.L. Schawlow разработали теорию ЛАЗЕРов. A.L. Schawlow получил Нобелевскую премию в 1981г за лазерную спектроскопию.
•1960: T.H. Maiman первый лазер на рубине
•1960: Газовый (HeNe)
•1961: Волоконный лазер
•1962: Полупроводниковый лазер
•1966: Лазер на органических красителях
•1980: Рентгеновский лазер
•1987: Er волоконый усилитель
Базовый принцип
Усиление |
Спонтанная эмиссия |
(2х уровневая система) |
|
Поглощение
Стимулированное излучение
Усиление
(2х уровневая система)
Создание инверсии населенности
В двухуровневой системе в термодинамическом равновесии
Нужно больше чем два уровня
Трех уровневая система
Нужна достаточно большая энергия для накачки. Больше 50% атомов нужно перевести в возбужденное состояние
Четырех уровневая система
Нижней уровень виртуально пустой - инверсия возникает при минимальной накачке
Полоса усиления
G ( ) - зависит от частоты света, через зависимость сечения взаимодействия
ширина линии (FWHM) для Лоренцевой линии определяется временем жизни на верхнем уровне Другие механизмы уширения столкновение атомов или эффект Доплера.
Уширение линии
•Однородное уширение
Соотношение неопределенности между энергией и временем жизни в возбужденном состоянии
Из-за безызлучательных переходов Столкновения атомов приводят к безызлучательным переходам и сокращают время жизни на возбужденном уровне
•Неоднородное уширение
Различные атомы имеют различные сечения взаимодействия со светом Пример: Доплеровское уширение