33. Однорідне і неоднорідне уширення лінії підсилення активної речовини лазера. Провали беннета.

Лінія підсилення на переході може бути однорідно і неоднорідно уширеною (час життя зменшується, бо є різні механізми переходу з рівня на рівень). Якщо ми маємо справу з одним атомом, то лінія уширення є імовірністю взаємодії, якщо з ансамблем, то лінія уширення – це сума ліній окремих частинок. Тоді лінія підсилення буде однлрідно уширеною і описуватиметься розподілом Лоренца: Неоднорідно уширена лінія утворюється в результаті складання ліній частинок, що мають різні частоти переходу. На практиці майже завжди так буває через ефект Доплера

Тоді розподіл вже буде гаусівським: , де , u-середня швидкість частинок. Знайдемо :

, звідки .

Якщо , то друга теорія близька до життя.

35. Залежності потужності генерації лазера від частоти при різних уширеннях лінії підсилення активної речовини. Провал лемба.

Однорідно уширена лінія.

В резонаторі існує стояча хвиля, тому лінія буде присідати в різних місцях по різному (вузел - менше, пучність - більше) .В стаціонарному режимі: - насичений коеф. підсилення. Умова одночастотної генерації: . Коефіцієнт втрат - не залежить від частоти.

Лінія “присяде” так, щоб при була рівність .

Максимальна потужність буде при !!! При відступі від потужність буде зменшуватись. Як бачимо на малюнку потужність генерації буде пропорційною різниці площ і . Неоднорідно уширена лінія.

Якщо лінія підсилення є гаусіаном, тоді...

Але існує і зворотна хвиля, з якою будуть взаємодіяти атоми з протилежною швидкістю, тому виникне симетричний провал. Потужність генерації буде пропорційною сумі двох заштрихованих площ. Провали звуться провалами Беннета.

Нехай тепер , тоді провали почнуть рухатись назустріч, і їх площа буде зростати доти, доки вони не перетнуться, і вцентрі площа вже буде меншою. Залежність потужності генерації від частоти показана на малюнку. Цей провал зветься провалом Лемба.

36.Квантове підсилення імпульсного сигналу (нестаціонарне підсилення).

Пугач розглядав тільки якісно.

Маємо активну речовину з інверснім станом заселеності. Маємо процес нестаціонарного підсилення імпульсу, і тому зміна населеності з часом не постійна, тобто . Прямокутній імпульс входить в активну речовину своїм переднім фронтом. Активна речовина знаходится в інверсному стані і сигнал підсилюється.

Але ділянки імпульсу після переднього фронту входять в речовину вже з збідненою населеністю(передній фронт „з’їв” частину інверсії заселеності тобто забрав частину енергії з активної речовини). Отримали, що підсилення неоднакове для різних частин імпульсу. Реальній вхідний імпульс не є прямокутній, він є колокоподібний (перевернута парабола). Коефіцієнт підсилення імпульсу залежить від вхідної потужності самого імпульсу обернено пропорційно. Тому передні фронти будуть більш підсилені. Йде деформація колокоподібної формі сигналу: верхня частина(максимум) зсувається наперед. З цього видно, що зростає пікова потужність, йде перерозподіл кількості фотонів і виходить ефект збільшення швидкості світла. Загалом імпульс стискається одночасно з збільшенням потужності. Цей ефект використовують у термоядерній фізиці як потужні лазери.