Здавалка
Главная | Обратная связь

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.