- •Квантова електроніка
- •Теми лекцій
- •Вступ Історія розвитку квантової електроніки і оптоелектроніки Квантова електроніка і оптоелектроніка достатньо молоді науки.
- •Розглянемо історію їх виникнення і розвитку.
- •Основні поняття і визначення
- •Поняття квантових систем
- •Квантові переходи
- •Самочинне (спонтанне) і вимушене випромінювання
- •Коефіцієнт є число типів коливань в одиничному об'ємі й в одиничному інтервалі частот для вільного простору. Безвипромінювальні переходи
- •Зв'язок між коефіцієнтами ейнштейна
- •Дипольне випромінювання
- •Розширення спектральних ліній
- •1. Природне розширення.
- •2. Допплерівське розширення.
- •3. Розширення унаслідок зіткнень.
- •4. Розширення за рахунок впливу внутрішніх (внутрікрісталічних) і зовнішніх електричного і магнітного полів.
- •Розсіяння світла і двохфотонне поглинання
- •Інверсна населеність
- •Методи здійснення інверсної населеності
- •Сортування атомних та молекулярних пучків в просторі.
- •Метод допоміжного випромінювання (накачка).
- •Інверсна населеність в газах за допомогою електричного розряду.
- •Інверсна населеність в напівпровідниках.
- •Принцип роботи квантових підсилювачів та генераторів збудження активної речовини (накачка) схеми роботи квантових підсилювачів і генераторів
- •Збудження активної речовини (накачування)
- •1. Накачування допоміжним випромінюванням (оптична накачка).
- •2. Накачування за допомогою газового розряду.
- •Схеми роботи квантових підсилювачів і генераторів
- •Дворівнева схема.
- •Трирівневі схеми.
- •Оптичні резонатори
- •Добротність резонатора
- •Типи резонаторів
- •1. Плоскопаралельний резонатор (плоский, резонатор Фабрі-Перо)
- •Конфокальний резонатор (сферичний)
- •3. Радіус світлової плями, який відповідає зменшенню поля в тем00-моде в е раз:
- •3. Резонатори з довільними сферичними дзеркалами.
- •4.Кільцевий резонатор.
- •Составний резонатор.
- •Резонатор з брегівським дзеркалом.
- •7. Резонатор з розподіленим зворотним зв'язком.
- •Генерація , умова самозбудження і насичення посилення модуляція добротності лазера
- •Методи модуляції добротності лазера:
- •Властивості лазерного випромінювання
- •Монохроматичність
- •Когерентність.
- •Спрямованість (направленість) лазерного випромінювання
- •Принцип роботи квантових приладів, Узагальнення
- •Квантові генератори світла на газоподібній речовині
- •Квантові генератори світла на твердому тілі
- •Напівпровідникові лазери
- •Інші типи лазерів
- •1. Рідкий лазер
- •Лазер на фарбниках
- •1 Загальна характеристика напівпровідникових лазерів
- •Инжекционные лазери на гомопереходах
- •Лазери на гетеропереходах
- •Напівпровідникові лазери, що накачуються електронним пучком.
- •Застосування квантових генераторів світла
- •Міри безпеки при роботі з квантовими приладами
4.Кільцевий резонатор.
Кільцевим називають відкритий резонатор, дзеркала якого забезпечують розповсюдження електромагнітних хвиль по замкнутому контуру.
С истема з чотирьох дзеркал 1,2,3, 4 утворює замкнутий контур. У одне з плечей резонатора поміщають активний елемент (газорозрядну трубку газового лазера). У кільцевому резонаторі може існувати стояча хвиля, утворена інтерференцією двох хвиль, що біжать в протилежних напрямах. Якщо яким-небудь чином усунути одну з хвиль, зробивши дзеркало 4 напівпрозорим і поставивши додаткове дзеркало 5, то в такому резонаторі можна здійснити режим хвилі, що біжить.
Якщо обертати кільцевий резонатор навколо осі, то довжина шляху для хвиль, що розповсюджуються по напряму і проти напряму обертання, буде різною. Це може бути використано для вимірювання швидкості обертання і побудови лазерних гіроскопів.
Составний резонатор.
Такий резонатор представляє собою два (або більш) зв'язаних між собою резонатора.
Д зеркало 3 є напівпрозорим. Властивості такого резонатора аналогічні властивостям двох зв'язаних контурів. Як видно з мал.(в), складений резонатор можна використовувати для аксіальних коливань. Додаткова спектральна селекція коливань в составному резонаторі визначається тим що найбільшою добротністю володітимуть ті типи коливань, для яких умова резонансу найкращим чином задовольняється в кожній з складових частин резонатора.
Резонатор з брегівським дзеркалом.
Іноді виникає необхідність плавно перебудовувати власну частоту резонатора і тим самим плавно змінювати частоту генерації лазера в межах контуру спектральній лінії активної речовини.
В принципі це може бути досягнуто шляхом зміни оптичної довжини L резонатора, але лише в дуже малому спектральному діапазоні (відстані між двома найближчими аксіальними модами).
У ширшому діапазоні перебудова частоти може бути здійснена, якщо одне з дзеркал зробити селективним, тобто великим коефіцієнтом віддзеркалення, що володіє, у вузькому спектральному діапазоні. При цьому необхідно, щоб була можливість яким-небудь чином змінювати спектральний діапазон.
Як селективний елемент може бути використані, наприклад, дифракційні грати, які встановлюють замість одного з дзеркал, резонатора.
Подібний резонатор називається резонатором з брегівськім дзеркалом
Дифракційні грати розташовуються під кутом до оптичної осі резонатора. Якщо на таке «дзеркало» падає плоска електромагнітна хвиля, що розповсюджується уздовж оптичної осі резонатора, то за рахунок дифракції на гратах вона відбиватиметься назад точно в протилежному напрямі при виконанні умови Вульфа- Брегга:
де b - період дифракційних грат; θ - кут між нормаллю до площини грат і оптичною віссю резонатора; m=1; 2; 3; ... - порядок дифракції.
Змінюючи кут θ, можна змінювати довжину хвилі λ, відповідну максимуму відбивної здатності дзеркала у напрямі оптичної осі. Такий резонатор застосовується, зокрема, для перебудови частоти генерації рідинних лазерів на органічних фарбниках.