Инверсная населенность и методы ее создания.
Любая квантовая система (вещество, среда) имеет большое число энергетических уровней. Однако большая часть этих уровней не заполнена. В квантовой электронике, для описания физических эффектов обычно оперируют двух-, трех-, и четырехуровневыми квантовыми системами. Для описания создания инверсной населенности достаточно рассмотреть двухуровневую систему. Согласно распределению Больцмана (при отсутствии вырождения), , (1.22) в условиях теплового равновесия уровень с меньшей энергией является более заселенным. При Е1 < Е2, N1 < N2. Из выражений (1.15) и (1.19) следует, что число квантовых переходов на верхний уровень в единицу времени, связанных с поглощением энергии – B12 u0 N1, а число вынужденных переходов на нижний уровень на той же частоте составляет B21 u0 N2. Мощность, поглощаемая единицей объема вещества, равна избытку мощности поглощения над мощностью вынужденного излучения (1.23) В случае невырожденных уровней , тогда (1.24) Отсюда следует, что в условиях термодинамического равновесия Р > 0, т.е. в этих условиях энергия падающего излучения, уходит на поглощение. Случай Р < 0 соответствует усилению падающего излучения. Этот эффект реализуется, как следует из (1.24), при условии N2> N1, когда имеет место инверсная населенность. При Р = 0 имеет место N2 = N1 граничное состояние перехода к инверсной населенности. Вещество, в котором обеспечивается состояние инверсной населенности N2 > N1 называется активной средой. Активная среда классифицируется в зависимости от состояния используемого вещества: · кристаллическое и аморфное (твердотельные лазеры), · газовое (газовые лазеры), · полупроводниковые гомопереходы и гетеропереходы (полупроводниковые лазеры), · жидкостное (лазеры на красителях). Инверсная населенность создается в активной среде с помощью энергетической накачки среды. Используются различные типы накачки. 1.Оптическая накачка: · ламповая (ксеноновые лампы), · с помощью светоизлучающих диодов, · лазерная. 2.Электрическая накачка : · электрический разряд (тлеющий, дуговой), · токи инжекции в полупроводниковых лазерах. 3.Химическая накачка с помощью энергии химических реакций в активной жидкостной среде. 4.Электронная накачка пучком электронов высокой энергии.
Инверсная населенность создается в активной среде с помощью энергетической накачки среды. Используются различные типы накачки. 1.Оптическая накачка: · ламповая (ксеноновые лампы), · с помощью светоизлучающих диодов, · лазерная. 2.Электрическая накачка : · электрический разряд (тлеющий, дуговой), · токи инжекции в полупроводниковых лазерах. 3.Химическая накачка с помощью энергии химических реакций в активной жидкостной среде. 4.Электронная накачка пучком электронов высокой энергии.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|